Question

選擇性催化還原法（SCR）煙氣脫硝技術(shù)是一種成熟的NO_x控制處理方法．這種方法是指在有氧條件下且合適的溫度范圍內(nèi)，用還原劑NH₃在催化劑的作用下將NO_x有選擇性地還原為氮?dú)夂退�，主要反�?yīng)式如下：
反應(yīng)Ⅰ：□NH₃（g）+4NO（g）+O₂（g）=□N₂（g）+□H₂O（g）△H₁=a kJ?mol^-1
反應(yīng)Ⅱ：4NH₃（g）+2NO₂（g）+O₂（g）=3N₂（g）+6H₂O（g）△H₂=b kJ?mol^-1
當(dāng)反應(yīng)溫度過高時(shí)，會(huì)發(fā)生以下副反應(yīng)：
反應(yīng)Ⅲ：2NH₃（g）+2O₂（g）=N₂O（g）+3H₂O（g）△H₃=c kJ?mol^-1
反應(yīng)Ⅳ：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H₄=d kJ?mol^-1
請(qǐng)回答下列問題：
（1）配平反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)方程式：

 

NH₃（g）+4NO（g）+O₂（g）?N₂（g）+

 

H₂O（g）．
（2）研究反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)（K）與溫度（T）的關(guān)系，得到如圖1所示的關(guān)系．
 ①反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)表達(dá)式為

 

．
②反應(yīng)Ⅱ能夠自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)條件是

 

．
（3）反應(yīng)2NO（g）+O₂（g）2NO₂（g）的△H=

 

kJ?mol^-1 （用含a、b、d的式子表示）．
（4）為研究NH₃選擇性催化還原脫硝的反應(yīng)條件，某科研小組通過一系列實(shí)驗(yàn)，分別得出脫硝率與溫度、氨氮比的關(guān)系[其中NH₃/NO_x表示氨氮比，O₂%表示氧氣含量]．
①圖2中，當(dāng)溫度高于405℃后，NO_x的脫除率會(huì)逐漸減小，原因是

 

．
②圖3中，最佳氨氮比為2.0，理由是

 

．
（5）請(qǐng)?jiān)趫D4中，用實(shí)線畫出不使用催化劑情況下（其他條件完全相同）的圖示．

Answer 1

考點(diǎn)：探究濃度、催化劑對(duì)化學(xué)平衡的影響,有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,氧化還原反應(yīng)方程式的配平,化學(xué)平衡常數(shù)的含義

專題：

分析：（1）根據(jù)得失電子數(shù)守恒來配平；
（2）①平衡常數(shù)K等于生成物的平衡濃度的冪之積比上反應(yīng)物平衡濃度的冪之積；
②根據(jù)圖象可知，反應(yīng)吸熱，而且由反應(yīng)方程式可知，反應(yīng)是熵增的反應(yīng)，據(jù)此分析；
（3）根據(jù)蓋斯定律來解答；
（4）①根據(jù)題目所給的信息可知，當(dāng)溫度過高時(shí)，會(huì)發(fā)生副反應(yīng)；
②氨氮比從2.0到2.2，脫銷率變化不大；
（5）使用催化劑，對(duì)平衡無影響．

解答： 解：（1）在反應(yīng)NH₃（g）+4NO（g）+O₂（g）=□N₂（g）+□H₂O中，有兩種元素、三種物質(zhì)發(fā)生化合價(jià)變化：NH₃中氮元素由-3價(jià)變?yōu)?價(jià)，化合價(jià)升高；NO中氮元素由+2價(jià)變?yōu)?價(jià)，氧氣中氧元素由0價(jià)變?yōu)?2價(jià)，均得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)得失電子數(shù)守恒和原子守恒來配平可得：4NH₃（g）+4NO（g）+O₂（g）=4N₂（g）+6H₂O，
故答案為：4；6；
（2）①平衡常數(shù)K等于生成物的平衡濃度的冪之積比上反應(yīng)物平衡濃度的冪之積，故反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=

C3(N2)?C6(H2O)

C4(NH3)?C2(NO2)?C(O2)

，
故答案為：K=

C3(N2)?C6(H2O)

C4(NH3)?C2(NO2)?C(O2)

；
②根據(jù)圖象可知，溫度升高，K值增大，故說明反應(yīng)吸熱，即△H＞0；而且由反應(yīng)方程式可知，反應(yīng)的分子數(shù)增多，故是熵增的反應(yīng)，△S＞0，故要使G=△H-T?△S＜0，必須在高溫條件下，故答案為：高溫；
（3）根據(jù)蓋斯定律可知：將I×

3

4

-II+IV×

1

4

即得反應(yīng)：2NO（g）+O₂（g）=2NO₂（g）△H=a×

3

4

-b+d×

1

4

=

3a-4b+d

4

kJ/mol，故答案為：

3a-4b+d

4

；
（4）①根據(jù)題目所給的信息可知，當(dāng)溫度過高時(shí)，NH₃會(huì)與氧氣發(fā)生副反應(yīng)生成N₂O、NO，導(dǎo)致NO_x的脫除率會(huì)逐漸減小，故答案為：當(dāng)溫度過高時(shí)，NH₃會(huì)與氧氣發(fā)生副反應(yīng)生成N₂O、NO；
②氨氮比從2.0到2.2，脫銷率變化不大，但氨的濃度增加較大，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高，得不償失，故答案為：氨氮比從2.0到2.2，脫銷率變化不大，但氨的濃度增加較大，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高；
（5）使用催化劑，只能加快反應(yīng)速率從而縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，對(duì)平衡狀態(tài)無影響．由于橫坐標(biāo)是氧氣含量，縱坐標(biāo)是脫硝率，在其他條件相同的前提下，是否使用催化劑對(duì)平衡點(diǎn)無影響，故所作出的圖與原圖一致，故答案為：．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了根據(jù)得失電子數(shù)守恒來配平氧化還原反應(yīng)、蓋斯定律的應(yīng)用、平衡常數(shù)的表達(dá)式的書寫和反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷，綜合性較強(qiáng)，難度適中．