Question

20．氮氧化物排放是形成臭氧层空洞、酸雨、雾霾的重要成因之一．SCR法是工业上消除氮氧化物的常用方法，反应原理为：4NH₃（g）+4NO（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）△H＜0
（1）氮氧化物破坏臭氧层原理为：①NO+O₃?NO₂+O₂     ②NO₂+O?NO+O₂
常温下反应①的平衡常数为K₁，反应②的平衡常数为K₂，则反应O₃+O?2O₂的平衡常数K=K₁•K₂（用K₁、K₂表示）．氮氧化物在该反应中的作用是催化剂．
（2）SCR法除NO时，投料比一定时有利于提高NO平衡转化率的反应条件是降低温度、减少压强．该法可能发生副反应4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），减少副反应的主要措施是选择合适的催化剂、控制氧气的用量．
（3）其他条件相同，在甲、乙两种催化剂作用下，NO转化率与温度的关系如图．
①工业上选择催化剂乙的原因是低温下有很强的催化活性；
②在催化剂甲作用下，图中M点处（对应温度为210℃）NO的转化率一定不是（填“可能是”、“一定是”或“一定不是”）该温度下的平衡转化率．高于210℃时，NO转化率降低的原因可能是催化剂活性降低，副反应增多．
（4）消除汽车尾气中的NO时，可用尿素[（NH₂）₂CO]还原NO，既安全又高效，且产物都是空气中含有的成分．与SCR法相比，等物质的量的尿素与氨气可消除的NO物质的量之比为3：1．（不考虑副反应）

Answer 1

分析 （1）①NO+O₃?NO₂+O₂   反应①的平衡常数为K₁=$\frac{c（N{O}_{2}）c（{O}_{2}）}{c（NO）c（{O}_{3}）}$，②NO₂+O?NO+O₂ 反应②的平衡常数为K₂=$\frac{c（{O}_{2}）c（NO）}{c（N{O}_{2}）c（O）}$，反应O₃+O?2O₂的平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（{O}_{2}）}{c（{O}_{3}）c（O）}$，据此分析计算；
（2）SCR法是工业上消除氮氧化物的常用方法，反应原理为：4NH₃（g）+4NO（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）△H＜0，提高NO平衡转化率改变条件使平衡正向进行；
减少副反应应使副反应4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）平衡逆向进行，结合化学平衡移动原理；
（3）①图象中催化剂在低温下NO转化率大；
②甲催化剂随温度升高NO转化率先增大后减小是因为催化剂在温度高的条件下催化活性减小；高于210℃时，NO转化率降低是催化剂活性降低；
（4）SCR法是工业上消除氮氧化物的常用方法，反应原理为：4NH₃（g）+4NO（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）△H＜0
尿素[（NH₂）₂CO]还原NO，既安全又高效，且产物都是空气中含有的成分，反应的化学方程式为2（NH₂）₂CO+6NO=5N₂+2CO₂+4H₂O．

解答 解：（1）①NO+O₃?NO₂+O₂   反应①的平衡常数为K₁=$\frac{c（N{O}_{2}）c（{O}_{2}）}{c（NO）c（{O}_{3}）}$，②NO₂+O?NO+O₂ 反应②的平衡常数为K₂=$\frac{c（{O}_{2}）c（NO）}{c（N{O}_{2}）c（O）}$，反应O₃+O?2O₂的平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（{O}_{2}）}{c（{O}_{3}）c（O）}$，据此分析计算得到K=K₁•K₂，一氧化氮反应生成二氧化氮，二氧化氮反应又生成一氧化氮，说明氮氧化物在该反应中的作用是催化剂的作用，
故答案为：K₁•K₂；催化剂；
（2）SCR法是工业上消除氮氧化物的常用方法，反应原理为：4NH₃（g）+4NO（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）△H＜0，提高NO平衡转化率改变条件使平衡正向进行；
反应为气体体积增大的放热反应，可以降低温度、减小压强使平衡正向进行，减少副反应应使副反应4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）平衡逆向进行，结合化学平衡移动原理分析，需要选择合适的催化剂、控制氧气用量促进4NH₃（g）+4NO（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）△H＜0反应进行，避免副反应4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）进行，
故答案为：降低温度、减小压强；选择合适的催化剂、控制氧气用量；
（3）①图象中曲线变化可知低温下乙的催化作用强，工业上选择催化剂乙的原因是低温下有很强的催化活性，
故答案为：低温下有很强的催化活性；
②甲催化剂随温度升高NO转化率先增大后减小是因为催化剂在温度高的条件下催化活性减小，在催化剂甲作用下，图中M点处（对应温度为210℃）NO的转化率一定不是该温度下的平衡转化率，高于210℃时，NO转化率降低是催化剂活性降低，副反应增多，
故答案为：一定不是；催化剂活性降低、副反应增多；
（4）SCR法是工业上消除氮氧化物的常用方法，反应原理为：4NH₃（g）+4NO（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）△H＜0
尿素[（NH₂）₂CO]还原NO，既安全又高效，且产物都是空气中含有的成分，反应的化学方程式为2（NH₂）₂CO+6NO=5N₂+2CO₂+4H₂O，等物质的量的尿素与氨气可消除的NO物质的量之比=12：4=3：1，
故答案为：3：1．

点评 本题考查了好像平衡影响因素、平衡常数计算、图象分析判断、催化剂作用的理解应用，掌握基础是解题关键，题目难度中等．