Question

20．燃煤产生的烟气中的氮氧化物NO_x（主要为NO、NO₂）易形成污染，必须经脱除达标后才能排放．
（1）用化学方程式表示NO形成硝酸型酸雨的反应2NO+O₂═2NO₂、3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO．
（2）能作脱除剂的物质很多，下列说法正确的是ab．
a．用 H₂O作脱除剂，不利于吸收含氮烟气中的NO
b．用 Na₂SO₃作脱除剂，O₂会降低Na₂SO₃的利用率
c．用CO作脱除剂，会使烟气中NO₂的浓度增加
（3）尿素[CO（NH₂）₂]在一定条件下能有效将NO_x转化为N₂．
Ⅰ．已知可通过下列方法合成尿素：
2NH₃（g）+CO₂（g）?H₂NCOONH₄（s）△H=-159.5kJ/mol
H₂NCOONH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=+28.5kJ/mol
①尿素释放出NH₃的热化学方程式是CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）?2NH₃（g）+CO₂（g）△H=+131.0kJ/mol．
②写出有利于尿素释放NH₃的条件并说明理由升高温度；升高温度有利于平衡向吸热反应方向进行，同时温度升高，氨气的溶解度降低，均有利于向释放氨气的方向进行．
Ⅱ．CO（NH₂）₂与某种烟气（主要为N₂、NO和O₂）中的NO的物质的量比值分别为1：2、2：1、3：1时，NO脱除率随温度变化的曲线如图：
①曲线a 对应CO（NH₂）₂ 与NO的物质的量比值是3：1．
②曲线a、b、c中，800℃～900℃区间内发生主要反应的化学方程式是4NH₃+6NO═5N₂+6H₂O或2CO（NH₂）₂+6NO═2CO₂+4H₂O+5N₂．
③900℃～1200℃区间内脱除率下降，NO浓度上升．发生的主要反应是4NH₃+5O₂═4NO+6H₂O．
④曲线a中，NO的起始浓度为6×10^-4mg/m³，从A点到B点经过0.8s，该时间段内NO的脱除速率为1.5×10^-4mg/（m³•s）．

Answer 1

分析 （1）一氧化氮不稳定，易和氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮；
（2）a．一氧化氮不易溶于，而二氧化氮易溶于水，反应生成NO；
 b．亚硫酸钠不稳定，易被氧气氧化；
C．用CO作脱除剂，则氮氧化物得电子发生还原反应； 
（3）Ⅰ． ①根据盖斯定律，将两个热化学方程式相加，然后进行颠倒即得目标方程式，其焓变进行相应改变；
②尿素释放NH₃的反应是吸热反应，根据温度对化学平衡及氨气溶解度的影响进行分析；
Ⅱ．①CO（NH₂）₂ 的含量越高，NO脱除率越高；
②、800℃～900℃区间内NO脱除率增大，NO参加反应，即尿素与NO反应生成N₂；
③、900℃～1200℃区间内脱除率下降，NO浓度上升，反应中应该生成NO；
④、A点到BNO脱除率由0.55变为0.75，故NO的浓度变化量为（0.75-0.55）×6×10^-4 mg/m³=1.2×10^-4 mg/m³，再利用$\frac{浓度变化量}{时间}$计算NO的脱除速率．

解答 解：（1）一氧化氮不稳定，易和氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，故NO形成硝酸型酸雨的反应为：2NO+O₂═2NO₂、3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO，故答案为：2NO+O₂═2NO₂、3NO₂+H₂O═2HNO₃+NO；
（2）a．一氧化氮不易溶于，而二氧化氮易溶于水，反应生成NO，不利于吸收含氮烟气中的NO，故a正确；
 b．亚硫酸钠不稳定，易被氧气氧化，O₂会降低Na₂SO₃的利用率，故b正确；
C．用CO作脱除剂，被氧化，则氮氧化物得电子发生还原反应，不会生成NO₂，烟气中NO₂的浓度不增加，故c错误；
故答案为：ab；
（3）①已知：2NH₃（g）+CO₂（g）?H₂NCOONH₄（s）△H=-159.5kJ/mol
H₂NCOONH₄（s）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=+28.5kJ/mol
根据盖斯定律，两热化学方程式相加得2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-131kJ/mol，
故尿素释放出NH₃的热化学方程式为：CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）?2NH₃（g）+CO₂（g）△H=+131kJ/mol，
故答案为：CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）?2NH₃（g）+CO₂（g）△H=+131kJ/mol；
②释放氨气的反应是吸热反应，升高温度，有利于平衡向吸热反应方向进行，同时温度升高，氨气的溶解度降低，均有利于向释放氨气的方向进行，
故答案为：升高温度；升高温度有利于平衡向吸热反应方向进行，同时温度升高，氨气的溶解度降低，均有利于向释放氨气的方向进行；
Ⅱ．①CO（NH₂）₂ 的含量越高，NO的转化率越大，即NO脱除率越高，所以曲线a 对应CO（NH₂）₂ 与NO的物质的量比值是3：1，
故答案为：3：1；
②800℃～900℃区间内NO脱除率增大，所以NO是作为反应物参加反应，高温时，尿素分解生成氨气、二氧化碳，氨气和一氧化氮发生氧化还原反应生成氮气，即尿素与NO反应生成N₂，同时生成二氧化碳和水，所以反应方程式为：4NH₃+6NO═5N₂+6H₂O 或 2CO（NH₂）₂+6 NO═2CO₂+4H₂O+5N₂，
故答案为：4NH₃+6NO═5N₂+6H₂O 或 2CO（NH₂）₂+6 NO═2CO₂+4H₂O+5N₂；
③900℃～1200℃区间内脱除率下降，所以NO浓度上升，则该反应中应该有NO，尿素分解生成的氨气和烟气中的氧气反应生成一氧化氮和水，导致NO浓度增大，所以反应方程式为：4NH₃+5O₂═4NO+6H₂O，
故答案为：4NH₃+5O₂═4NO+6H₂O；       
④A点到BNO脱除率由0.55变为0.75，故NO的浓度变化量为（0.75-0.55）×6×10^-4 mg/m³=1.2×10^-4 mg/m³
所以NO的脱除速率=$\frac{1.2×1{0}^{-4}mol/L}{0.8s}$=1.5×10^-4mg/（m³．s），
故答案为：1.5×10^-4．

点评 本题考查氮的化合物及其性质、盖斯定律在热化学方程式计算中的应用，题目难度中等，注意尿素加热时会分解生成氨气，且尿素是有机氮肥，正确分析图象是解本题的关键，注意图象中的曲线趋向和转折点，试题知识点较多、综合性较强，充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验、化学计算能力．