Question

【題目】SCR和NSR技術可有效降低柴油發動機在空氣過量條件下的NOx排放。

(1)SCR（選擇性催化還原）工作原理：

①尿素[CO(NH2)2]水溶液熱分解為NH3和CO2，該反應的化學方程式：__________________

②反應器中NH3還原NO2的化學方程式：________________________；

③當燃油中含硫量較高時，尾氣中SO2在O2作用下會形成(NH4)2SO4，使催化劑中毒。用化學方程式表示(NH4)2SO4的形成：_____________________________；

④尿素溶液濃度影響NO2的轉化，測定溶液中尿素（M=60 g·mol 1）含量的方法如下：取a g尿素溶液，將所含氮完全轉化為NH3，所得NH3用過量的v1 mL c1 mol·L1 H2SO4溶液吸收完全，剩余H2SO4用v2 mL c2 mol·L1 NaOH溶液恰好中和，則尿素溶液中溶質的質量分數是_________________；

(2)NSR(NOx儲存還原)工作原理：NOx的儲存和還原在不同時段交替進行，如圖a所示。

①通過BaO和Ba(NO3)2的相互轉化實現NOx的儲存和還原。還原NOx的物質是_________________；

②用H2模擬尾氣中還原性氣體研究了Ba(NO3)2的催化還原過程，該過程分兩步進行，圖b表示該過程相關物質濃度隨時間的變化關系。第二步反應消耗的NH3與Ba(NO3)2的物質的量之比是__________________；

③還原過程中，有時會產生笑氣（N2O）。用同位素示蹤法研究發現笑氣的產生與NO有關。在有氧條件下15NO與NH3以一定比例反應時，得到的笑氣幾乎都是15NNO。將該反應的化學方程式補充完整：______________________15NNO+___H2O

Answer 1

【答案】CO(NH2)2+H2OCO2+2NH3 8NH3+6NO27N2+12H2O 2SO2+O2+4NH3+2H2O=2(NH4)2SO4 Ba(NO3)2 10∶3 415NO+4NH3+3O2415NNO+6H2O

【解析】

(1)①尿素[CO(NH2)2]水溶液熱分解為NH3和CO2，結合原子守恒配平書寫化學方程式；

②反應器中NH3還原NO2生成氮氣和水，根據電子守恒和原子守恒可得此反應的化學方程式；

③SO2在O2作用下與NH3、H2O反應形成(NH4)2SO4，此反應中SO2是還原劑，氧氣是氧化劑，結合電子守恒和原子守恒可得此反應的化學方程式；

④涉及反應為2NH3+H2SO4=n(NH4)2SO4，2NaOH+H2SO4=Na2SO4+H2O，由方程式可知n(NaOH)+n(NH3)=2n(H2SO4)，以此計算；

(2)①由圖a可知儲存NOx的物質是BaO；

②第一步反應中H2被氧化生成水，化合價由0價升高到+1價，Ba(NO3)2的N元素化合價由+5價降低到-3價，生成氨氣，結合得失電子數目相等計算；

③在有氧條件下15NO與NH3以一定比例反應時，得到的笑氣幾乎都是15NNO，由N元素守恒可知15NO與NH3應為1：1，結合電子得失相等配平方程式。

(1)①尿素[CO(NH2)2]水溶液熱分解為NH3和CO2，反應物為尿素和水，反應生成物為氨氣和水，原子守恒書寫化學方程式為：CO(NH2)2+H2OCO2+2NH3；

②NH3在催化劑作用下還原NO2生成氮氣和水，根據電子守恒、原子守恒，可得反應的化學方程式為8NH3+6NO27N2+12H2O；

③SO2在O2作用下與NH3、H2O反應形成(NH4)2SO4，此反應中SO2中的S元素化合價升高，SO2作還原劑，氧氣作氧化劑，反應的化學方程式為2SO2+O2+4NH3+2H2O=2(NH4)2SO4；

④涉及反應為2NH3+H2SO4=n(NH4)2SO4，2NaOH+H2SO4=Na2SO4+H2O，反應中n(H2SO4)=v1×c1×10-3mol，n(NaOH)=v2×c2×10-3mol，由方程式可知n(NaOH)+n(NH3)=2n(H2SO4)，所以n(NH3)=(2×v1×c1×10-3- v2×c2×10-3) mol，則根據N元素守恒可得n[CO(NH2)2]=n(NH3)，所以m[CO(NH2)2]=n(NH3)=(2×v1×c1×10-3- v2×c2×10-3) mol×60g/mol=(0.06v1c1-0.03v2c2)g，所以原尿素溶液中溶質的質量分數是×100%=；

(2)①由圖示可知BaO和NOx反應生成Ba(NO3)2，Ba(NO3)2再還原為N2，則儲存NOx的物質為BaO；

②第二步反應中NH3被氧化生成水和N2，N化合價由-3價升高到0價，Ba(NO3)2的N元素化合價由+5價降低到0價，生成氮氣，則1mol Ba(NO3)2生成氮氣轉移10mol電子，參加反應的氨氣的物質的量為mol，則消耗的NH3與Ba(NO3)2的物質的量之比是：1=10：3；

③在有氧條件下15NO與NH3以一定比例反應時，得到的笑氣幾乎都是15NNO，由N元素守恒可知15NO與NH3應為1：1，可知反應的化學方程式為415NO+4NH3+3O2415NNO+6H2O。