Question

【题目】NOx会引起光化学烟雾等环境问题，在催化剂存在条件下，以NH3或尿素将尾气中NOx

还原为N2的技术，即NH3或尿素-SCR技术，是去除NOx最为有效且应用最广的技术之一，其中最重要的催化剂体系是钒基催化剂。

（1）NH3去除尾气中的NOx，当v(NO)：v(NO2)=l:1时称为“快速SCR 反应”，该反应化学方程式为___________。

（2）不同钒含量的催化剂（V2O5/TiO2）添加WO3对NO去除率的影响如下图，从图中可以得出其它条件相同时添加WO3，对NO去除率的影响是_____（填“增大”、“减小”或“无影响”）。根据图中所示，随着温度升高NO去除率的变化趋势为_____，该变化趋势的一种可能原因是___________。

（3）在制备钒基催化剂时，添加的各种成型助剂中碱金属或碱土金属（如Na、K、Ca）能够使催化剂中毒（催化性能下降）, K、Ca的毒化作用与Na相似。下列适合做成型助剂有_____。

A.Li B.Mg C．酸性铝溶胶 D．酸性硅溶胶

请设计实验研究添加金属K对催化剂活性的影响（只需写出实验思路，不需要具体实验

操作）_____________。

（4）在NOx催化去除过程中，NH3储罐存在危险性，更多应用为尿素-SCR技术。在该技术过程中，发生如下两个反应：

① CO(NH2)2=NH3+HNCO

② HNCO(g)+H20(g)====NH3(g)+CO2(g)

在此过程中一分子尿素可以生成两分子NH3，因此尿素被视为是NH3的有效储存源。反应②的平衡常数表达式为_______。目前商用的尿素溶液浓度为32.5%（密度为1.05g/mL），常称为“Ad Blue ”。1L该商用尿素溶液发生“快速SCR反应”， 理论上最多可消除NO和NO2在标准状况下的体积为______L。

Answer 1

【答案】（1） 2NH3+NO+NO2= 2N2+3H2O （2） 增大 减小 低温阶段，温度升高反应速率加快导致NO去除率增大；高温阶段，温度升高平衡逆向移动导致NO去除率下降；②低温阶段，温度升高反应速率加快导致NO去除率增大；高温阶段，发生NH3的非选择性氧化NOx反应。③低温阶段，温度升高反应速率加快导致NO去除率增大；高温阶段，催化剂活性下降。（其它合理答案均可） （3） C、D 分别向催化剂中添加1%K、2%K，并控制与（3）题中相同实验条件下，然后测定不同温度下的NO去除率，绘制成图表。 （4） [c(NH3)c(CO2)]/[c(HNCO)c(H2O)] 254.8

【解析】（1）当V(NO):V(NO2)=1:1时称为“快速SCR反应”，根据氧化还原方程式的原理可以书写配平得出：2NH3+NO+NO2= 2N2+3H2O；

（2）本小题要特别注意对图像的分析，根据控制变量的思想，当钒含量相同时可以发现，添加了WO3后，催化剂在各温度下对NO的去除率影响均为增大； 根据图像，其他因素相同时，低温阶段（350℃以下）温度升高NO去除率增大，高温阶段（350℃以上）随着温度升高NO去除率减小；可能的原因有：①低温阶段，温度升高反应速率加快导致NO去除率增大；高温阶段，温度升高平衡逆向移动导致NO去除率下降；②低温阶段，温度升高反应速率加快导致NO去除率增大；高温阶段，发生NH3的非选择性氧化NOx反应。③低温阶段，温度升高反应速率加快导致NO去除率增大；高温阶段，催化剂活性下降；

（3）在制备钒基催化剂时，添加的各种成型助剂中的碱金属或碱土金属（如Na、K、Ca）能够使催化剂中毒（催化性能下降），K、Ca的毒化作用与Na相似。A选项Li为碱金属，B选项Mg为碱土金属，故C、D中酸性铝溶胶和酸性硅溶胶更适合作为成型助剂； 根据表格中的实验情况，可以类似延伸，把握住控制变量的思想便可以设计出实验思路，另外要求绘制成图表，更加直观形象的展示出实验结果：分别向催化剂中添加1%K、2%K，并控制与（3）题中相同实验条件下，然后测定不同温度下的NO去除率，绘制成图表；

（4）根据平衡常数的定义可知：K=[c(NH3)c(CO2)]/[c(HNCO)c(H2O)]

理论上一分子尿素可以生成两分子NH3，所以此处不考虑反应②的可逆性，按照完全反应来进行理论计算，同时发生的是“快速SCR反应”，2NH3+NO+NO2= 2N2+3H2O，1mol CO(NH2)2~2mol NH3~1molNO+1mol NO2，V(NO+NO2)=×22.4L=254.8L。