Question

14．SCR和NSR技術可有效降低柴油發(fā)動機在空氣過量條件下的NO_x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：CO（NH₂）₂+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CO₂↑．
②反應器中NH₃還原NO₂的化學方程式：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$7N₂+12H₂O．
③當燃油中含硫量較高時，尾氣中SO₂在O₂作用下會形成（NH₄）₂SO₄，使催化劑中毒．用化學方程式表示（NH₄）₂SO₄的形成：2SO₂+O₂+4NH₃+2H₂O═2（NH₄）₂SO₄．
④尿素溶液濃度影響NO₂的轉化，測定溶液中尿素（M=60g•mol^-1）含量的方法如下：取a g尿素溶液，將所含氮完全轉化為NH₃，所得NH₃用過量的v₁ mL c₁ mol•L^-1H₂SO₄溶液吸收完全，剩余H₂SO₄用v₂mL c₂ mol•L^-1NaOH溶液恰好中和，則尿素溶液中溶質的質量分數(shù)是$\frac{6{c}_{1}{V}_{1}-3{c}_{2}{V}_{2}}{a}%$．
（2）NSR（NO_x儲存還原）工作原理：
NO_x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(xiàn)NO_x的儲存和還原．儲存NO_x的物質是BaO．
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．第一步反應消耗的H₂與Ba（NO₃）₂的物質的量之比是8：1．
③還原過程中，有時會產生笑氣（N₂O）．用同位素示蹤法研究發(fā)現(xiàn)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：4¹⁵NO+4NH₃+3O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$⁴¹⁵NNO+6H₂O．

Answer 1

分析 （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(jù)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NO_x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(shù)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．

解答 解：（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+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CO₂↑，
故答案為：CO（NH₂）₂+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CO₂↑；
②NH₃在催化劑作用下還原NO₂生成氮氣和水，反應的化學方程式為8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$7N₂+12H₂O，
故答案為：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$7N₂+12H₂O；
③SO₂在O₂作用下與NH₃、H₂O反應形成（NH₄）₂SO₄，此反應中SO₂是還原劑，氧氣是氧化劑，反應的化學方程式為2SO₂+O₂+4NH₃+2H₂O═2（NH₄）₂SO₄，
故答案為：2SO₂+O₂+4NH₃+2H₂O═2（NH₄）₂SO₄；
④涉及反應為2NH₃+H₂SO₄=n（NH₄）₂SO₄，2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O，反應中n（H₂SO₄）=v₁×c₁×10^-3mol，n（NaOH）=v₂×c₂×10^-3mol，
由方程式可知n（NaOH）+n（NH₃）=2n（H₂SO₄），
則n（NH₃）=（2v₁×c₁×10^-3-v₂×c₂×10^-3）mol，
則m（CO（NH₂）₂）=$\frac{1}{2}$×（2v₁×c₁×10^-3-v₂×c₂×10^-3）mol×60g/mol=（0.06v₁c₁-0.03v₂c₂ ）g，
尿素溶液中溶質的質量分數(shù)是$\frac{0.06{c}_{1}{V}_{1}-0.03{c}_{2}{V}_{2}}{a}×100%$=$\frac{6{c}_{1}{V}_{1}-3{c}_{2}{V}_{2}}{a}%$，
故答案為：$\frac{6{c}_{1}{V}_{1}-3{c}_{2}{V}_{2}}{a}%$；
（2）①由圖示可知BaO和NO_x反應生成Ba（NO₃）₂，Ba（NO₃）₂再還原為N₂，則儲存NO_x的物質為BaO，故答案為：BaO；
②第一步反應中H₂被氧化生成水，化合價由0價升高到+1價，Ba（NO₃）₂的N元素化合價由+5價降低到-3價，生成氨氣，則1molBa（NO₃）₂生成氨氣轉移16mol電子，參加反應的氫氣的物質的量為$\frac{16}{2}$=8mol，則消耗的H₂與Ba（NO₃）₂的物質的量之比是8：1，
故答案為：8：1；
③在有氧條件下¹⁵NO與NH₃以一定比例反應時，得到的笑氣幾乎都是¹⁵NNO，由N元素守恒可知¹⁵NO與NH₃應為1：1，可知反應的化學方程式為4¹⁵NO+4NH₃+3O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$4¹⁵NNO+6H₂O，
故答案為：4¹⁵NO+4NH₃+3O₂；4；6．

點評 本題為2017北京考題，題目以氮氧化物為載體考查元素化合物知識以及化學方程式的相關計算，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，題目難度中等，注意把握題給信息，結合質量守恒計算該題．