Question

【題目】環(huán)境問(wèn)題正引起全社會(huì)的關(guān)注，用NH3催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染，對(duì)構(gòu)建生態(tài)文明有著極為重要的意義。

（1）已知N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H＜0，當(dāng)反應(yīng)器中按n（N2）：n（H2）=1:3投料，分別在200℃、400℃、600℃下達(dá)到平衡時(shí)，混合物中NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)的變化曲線如圖。

①曲線a對(duì)應(yīng)的溫度是_________℃。

②上圖中M、N、Q三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)K（M）、K（N）、K（Q）的大小關(guān)系是_________________。

如果N點(diǎn)時(shí)c（NH3）=0.2 mol·L-1，則N點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)K=______（保留2位小數(shù)）。

（2）用NH3催化還原NO時(shí)包含以下反應(yīng)：

反應(yīng)I：4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)+6H2O(l) △H1

反應(yīng)II： 2NO(g) +O2(g) 2NO 2(g) △H2

反應(yīng)III：4NH3(g)+6NO2 (g) 5N2(g)+3O2(g) + 6H2O(l) △H3

△H1=________（用含△H2、△H3的式子表示）。

（3）SNCR-SCR是一種新興的煙氣脫硝技術(shù)（除去煙氣中的NOx）。其流程如下：

該方法中反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：

4NH3(g)+4NO (g) + O2 (g)4N2(g)+ 6H2O(g) △H=-1646 kJ·mol -1

①在一定溫度下，在密閉恒壓的容器中，能表示上述反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是_______（填字母）。

a.4v逆（N2）=v正（O2）

b.混合氣體的密度保持不變

c.c（N2）：c（H2O）：c（NH3）=4:6:4

d.單位時(shí)間內(nèi)斷裂12molN-H鍵的同時(shí)斷裂12molO-H鍵

②如下圖所示，反應(yīng)溫度會(huì)直接影響SNCR技術(shù)的脫硝效率。

SNCR技術(shù)脫硝的最佳溫度選擇925℃的理由是_____________________；SNCR與SCR技術(shù)相比，SNCR技術(shù)的反應(yīng)溫度較高，其原因是________________；但當(dāng)煙氣溫度高于1000℃時(shí)，SNCR脫硝效率明顯降低，其原因主要是_____________________。（用平衡移動(dòng)原理解釋）

Answer 1

【答案】 200℃ K（M）=K（Q）＞K（N） 0.93L2/mol2 3△H2+△H3 bd 925℃時(shí)脫硝效率高，殘留氨濃度較小 反應(yīng)的活化能較大，沒(méi)有使用催化劑 因?yàn)槊撓醴磻?yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度過(guò)高使平衡逆向移動(dòng)。

【解析】(1)①合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度越高，越不利于反應(yīng)正向進(jìn)行，曲線a的氨氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)最高，其反應(yīng)溫度對(duì)應(yīng)相對(duì)最低，所以a曲線對(duì)應(yīng)溫度為200°C；故答案為：200℃；

②平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，與其他條件無(wú)關(guān)，溫度相同時(shí)平衡常數(shù)相同，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高平衡常數(shù)越小，則M、N、Q點(diǎn)平衡常數(shù)K的大小關(guān)系是K(M)=K(Q)＞K(N)，N點(diǎn)時(shí)c(NH3)=0.2molL-1，氨氣體積分?jǐn)?shù)為20%，則：

N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)

起始濃度(mol/L)： x 3x 0

變化濃度(mol/L)： 0.1 0.3 0.2

平衡濃度(mol/L)：x-0.1 3x-0.3 0.2

所以 =20%，解得x=0.3，平衡常數(shù)K==≈0.93，故答案為：K(M)=K(Q)＞K(N)；0.93；

(2)反應(yīng)II： 2NO(g) +O2(g) 2NO 2(g) △H2，反應(yīng)III：4NH3(g)+6NO2 (g) 5N2(g)+3O2(g) + 6H2O(l)△H3，根據(jù)蓋斯定律，將反應(yīng)II×3+反應(yīng)III得：4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)+6H2O(l) △H1= 3△H2+△H3，故答案為：3△H2+△H3；

(3)①a. v逆(N2)=4v正(O2)表示正逆反應(yīng)速率相等，因此4v逆(N2)=v正(O2)，表示正逆反應(yīng)速率不相等，說(shuō)明反應(yīng)未達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，錯(cuò)誤；b.該反應(yīng)屬于氣體的體積變化的反應(yīng)，當(dāng)混合氣體的密度保持不變，能夠說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，正確；c.c(N2)：c(H2O)：c(NH3)=4:6:4，不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率是否相等，因此不能判斷反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，錯(cuò)誤；d.單位時(shí)間內(nèi)斷裂12molN-H鍵的同時(shí)斷裂12molO-H鍵，表示正逆反應(yīng)速率相等，能夠說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，正確；故選bd；

②根據(jù)圖像，925℃時(shí)脫硝效率高，殘留氨濃度較小，SNCR技術(shù)脫硝的最佳溫度應(yīng)該選擇925℃，SNCR與SCR技術(shù)相比，反應(yīng)的活化能較大，沒(méi)有使用催化劑，因此SNCR技術(shù)的反應(yīng)溫度較高；因?yàn)槊撓醴磻?yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度過(guò)高使平衡逆向移動(dòng)，因此當(dāng)煙氣溫度高于1000℃時(shí)，SNCR脫硝效率明顯降低，故答案為：925℃時(shí)脫硝效率高，殘留氨濃度較小；反應(yīng)的活化能較大，沒(méi)有使用催化劑；因?yàn)槊撓醴磻?yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度過(guò)高使平衡逆向移動(dòng)。