Question

【題目】環境問題正引起全社會的關注，用NH3催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染，對構建生態文明有著極為重要的意義。

（1）已知N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H＜0，當反應器中按n（N2）：n（H2）=1:3投料，分別在200℃、400℃、600℃下達到平衡時，混合物中NH3的物質的量分數隨壓強的變化曲線如圖。

①曲線a對應的溫度是_________℃。

②上圖中M、N、Q三點對應的平衡常數K（M）、K（N）、K（Q）的大小關系是_________________。

如果N點時c（NH3）=0.2 mol·L-1，則N點的化學平衡常數K=______（保留2位小數）。

（2）用NH3催化還原NO時包含以下反應：

反應I：4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)+6H2O(l) △H1

反應II： 2NO(g) +O2(g) 2NO 2(g) △H2

反應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（除去煙氣中的NOx）。其流程如下：

該方法中反應的熱化學方程式為：

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，能表示上述反應達到化學平衡狀態的是_______（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.單位時間內斷裂12molN-H鍵的同時斷裂12molO-H鍵

②如下圖所示，反應溫度會直接影響SNCR技術的脫硝效率。

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

Answer 1

【答案】 200℃ K（M）=K（Q）＞K（N） 0.93L2/mol2 3△H2+△H3 bd 925℃時脫硝效率高，殘留氨濃度較小 反應的活化能較大，沒有使用催化劑 因為脫硝反應的正反應是放熱反應，溫度過高使平衡逆向移動。

【解析】(1)①合成氨的反應為放熱反應，反應溫度越高，越不利于反應正向進行，曲線a的氨氣的物質的量分數最高，其反應溫度對應相對最低，所以a曲線對應溫度為200°C；故答案為：200℃；

②平衡常數與溫度有關，與其他條件無關，溫度相同時平衡常數相同，反應是放熱反應，溫度越高平衡常數越小，則M、N、Q點平衡常數K的大小關系是K(M)=K(Q)＞K(N)，N點時c(NH3)=0.2molL-1，氨氣體積分數為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K==≈0.93，故答案為：K(M)=K(Q)＞K(N)；0.93；

(2)反應II： 2NO(g) +O2(g) 2NO 2(g) △H2，反應III：4NH3(g)+6NO2 (g) 5N2(g)+3O2(g) + 6H2O(l)△H3，根據蓋斯定律，將反應II×3+反應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)表示正逆反應速率相等，因此4v逆(N2)=v正(O2)，表示正逆反應速率不相等，說明反應未達到化學平衡狀態，錯誤；b.該反應屬于氣體的體積變化的反應，當混合氣體的密度保持不變，能夠說明反應達到化學平衡狀態，正確；c.c(N2)：c(H2O)：c(NH3)=4:6:4，不能說明正逆反應速率是否相等，因此不能判斷反應是否達到化學平衡狀態，錯誤；d.單位時間內斷裂12molN-H鍵的同時斷裂12molO-H鍵，表示正逆反應速率相等，能夠說明反應達到化學平衡狀態，正確；故選bd；

②根據圖像，925℃時脫硝效率高，殘留氨濃度較小，SNCR技術脫硝的最佳溫度應該選擇925℃，SNCR與SCR技術相比，反應的活化能較大，沒有使用催化劑，因此SNCR技術的反應溫度較高；因為脫硝反應的正反應是放熱反應，溫度過高使平衡逆向移動，因此當煙氣溫度高于1000℃時，SNCR脫硝效率明顯降低，故答案為：925℃時脫硝效率高，殘留氨濃度較小；反應的活化能較大，沒有使用催化劑；因為脫硝反應的正反應是放熱反應，溫度過高使平衡逆向移動。