Question

【題目】氮及其化合物的轉(zhuǎn)化是資源利用和環(huán)境保護的重要研究課題。

（1）合成氨工業(yè)是最基本的無機化工之一，氨是化肥工業(yè)和基本有機化工的主要原料。 合成氨反應(yīng)中有關(guān)化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下表：

化學(xué)鍵	H—H	N≡N	N—H
E/ kJmol﹣1	436	946	391

①已知：合成氨反應(yīng)：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的活化能Ea=508 kJmol﹣1，則氨分解反應(yīng)：2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能Ea=_____。

②下圖表示500℃、60.0MPa條件下，原料氣投料比與平衡時NH3體積分數(shù)的關(guān)系。根據(jù)圖中a點數(shù)據(jù)計算N2的平衡體積分數(shù)：_____（保留3位有效數(shù)字）。

③依據(jù)溫度對合成氨反應(yīng)的影響，在圖坐標系中，畫出一定條件下的密閉容器內(nèi)，從通入原料氣開始，隨溫度不斷升高，N2物質(zhì)的量變化的曲線示意圖_______________。

（2）選擇性催化還原脫硝技術(shù)(SCr)是目前較成熟的煙氣脫硝技術(shù)，該技術(shù)是指在溫度300~420℃之間和催化劑條件下，用還原劑(如NH3)選擇性地與NOx反應(yīng)。

①SCr脫硝技術(shù)中發(fā)生的主要反應(yīng)為：4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)△H=－1625.5kJ·mol－1；氨氮比[n(NH3)／n(NO)]會直接影響該方法的脫硝率。350℃時，只改變氨氣的投放量，氨氣的轉(zhuǎn)化率與氨氮比的關(guān)系如圖所示。當(dāng)n(NH3)／n(NO)＞1.0時，煙氣中NO濃度反而增大，主要原因是_____。

②堿性溶液處理煙氣中的氮氧化物也是一種脫硝的方法，寫出NO2被Na2CO3溶液吸收生成三種鹽的化學(xué)反應(yīng)方程式_____。

③直接電解吸收也被用于脫硝。用6％的稀硝酸吸收NOx生成亞硝酸，再將吸收液導(dǎo)入電解槽電解，使之轉(zhuǎn)化為硝酸。電解裝置如圖所示。陽極的電極反應(yīng)式為_____。

Answer 1

【答案】 600 kJmol﹣1 14.5% 過量氨氣與氧氣反應(yīng)生成 NO 2NO2+2Na2CO3+H2O=NaNO3+NaNO2+2NaHCO3 H2O + HNO2 － 2e－＝ NO3 －＋3H＋

【解析】(1)①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的反應(yīng)熱△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能=(946+436×3)kJmol﹣1-(6×391)kJmol﹣1=-92 kJmol﹣1，正反應(yīng)的活化能Ea=508 kJmol﹣1，則逆反應(yīng)的活化能Ea=(508+92)kJmol﹣1=600kJmol﹣1，即2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能Ea=600kJmol﹣11；②設(shè)平衡時反應(yīng)的氮氣的物質(zhì)的量為xmol，則根據(jù)方程式可知

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，

起始(mol) 1 3 0

反應(yīng)(mol) x 3x 2x

平衡(mol) 1-x 3-3x 2x

平衡時氨氣的體積分數(shù)==42%，解得x=0.592mol，則N2的平衡體積分數(shù)==14.5%；③N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H= -92 kJmol﹣1，升高溫度，平衡逆向移動，N2物質(zhì)的量增大，因此一定條件下的密閉容器內(nèi)，從通入原料氣開始，隨著反應(yīng)的進行，氮氣的物質(zhì)的量逐漸減小，達到平衡后，隨溫度不斷升高，氮氣的物質(zhì)的量逐漸增大，圖像為；(2)①4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)△H=－1625.5kJ·mol－1，350℃時，只改變氨氣的投放量，當(dāng)n(NH3)／n(NO)＞1.0時，過量氨氣與氧氣反應(yīng)生成NO，煙氣中NO濃度反而增大；②NO2被Na2CO3溶液吸收生成三種鹽，二氧化氮與水反應(yīng)生成一氧化氮和硝酸，一氧化氮和二氧化氮與堿反應(yīng)能夠生成亞硝酸鹽，因此反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為2NO2+2Na2CO3+H2O=NaNO3+NaNO2+2NaHCO3；③用6％的稀硝酸吸收NOx生成亞硝酸，再將吸收液導(dǎo)入電解槽電解，使之轉(zhuǎn)化為硝酸，根據(jù)裝置圖，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，亞硝酸被氧化為硝酸，電極反應(yīng)式為H2O+HNO2－2e－＝NO3－+3H+。