Question

14．SCR和NSR技术可有效降低柴油发动机在空气过量条件下的NO_x排放．
（1）SCR（选择性催化还原）工作原理：

①尿素[CO（NH₂）₂]水溶液热分解为NH₃和CO₂，该反应的化学方程式：CO（NH₂）₂+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CO₂↑．
②反应器中NH₃还原NO₂的化学方程式：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$7N₂+12H₂O．
③当燃油中含硫量较高时，尾气中SO₂在O₂作用下会形成（NH₄）₂SO₄，使催化剂中毒．用化学方程式表示（NH₄）₂SO₄的形成：2SO₂+O₂+4NH₃+2H₂O═2（NH₄）₂SO₄．
④尿素溶液浓度影响NO₂的转化，测定溶液中尿素（M=60g•mol^-1）含量的方法如下：取a g尿素溶液，将所含氮完全转化为NH₃，所得NH₃用过量的v₁ mL c₁ mol•L^-1H₂SO₄溶液吸收完全，剩余H₂SO₄用v₂mL c₂ mol•L^-1NaOH溶液恰好中和，则尿素溶液中溶质的质量分数是$\frac{6{c}_{1}{V}_{1}-3{c}_{2}{V}_{2}}{a}%$．
（2）NSR（NO_x储存还原）工作原理：
NO_x的储存和还原在不同时段交替进行，如图a所示．

①通过BaO和Ba（NO₃）₂的相互转化实现NO_x的储存和还原．储存NO_x的物质是BaO．
②用H₂模拟尾气中还原性气体研究了Ba（NO₃）₂的催化还原过程，该过程分两步进行，图b表示该过程相关物质浓度随时间的变化关系．第一步反应消耗的H₂与Ba（NO₃）₂的物质的量之比是8：1．
③还原过程中，有时会产生笑气（N₂O）．用同位素示踪法研究发现笑气的产生与NO有关．在有氧条件下，¹⁵NO与NH₃以一定比例反应时，得到的笑气几乎都是¹⁵NNO．将该反应的化学方程式补充完整：4¹⁵NO+4NH₃+3O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$⁴¹⁵NNO+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）①尿素[CO（NH₂）₂]水溶液热分解为NH₃和CO₂，结合原子守恒配平书写化学方程式；
②反应器中NH₃还原NO₂生成氮气和水，根据电子守恒和原子守恒可得此反应的化学方程式；
③SO₂在O₂作用下与NH₃、H₂O反应形成（NH₄）₂SO₄，此反应中SO₂是还原剂，氧气是氧化剂，结合电子守恒和原子守恒可得此反应的化学方程式；
④涉及反应为2NH₃+H₂SO₄=n（NH₄）₂SO₄，2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O，由方程式可知n（NaOH）+n（NH₃）=2n（H₂SO₄），以此计算；
（2）①由图a可知储存NO_x的物质是BaO；
②第一步反应中H₂被氧化生成水，化合价由0价升高到+1价，Ba（NO₃）₂的N元素化合价由+5价降低到-3价，生成氨气，结合得失电子数目相等计算；
③在有氧条件下¹⁵NO与NH₃以一定比例反应时，得到的笑气几乎都是¹⁵NNO，由N元素守恒可知¹⁵NO与NH₃应为1：1，结合电子得失相等配平．

解答 解：（1）①尿素[CO（NH₂）₂]水溶液热分解为NH₃和CO₂，反应物为尿素和水，反应生成物为氨气和水，原子守恒书写化学方程式为：CO（NH₂）₂+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CO₂↑，
故答案为：CO（NH₂）₂+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CO₂↑；
②NH₃在催化剂作用下还原NO₂生成氮气和水，反应的化学方程式为8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$7N₂+12H₂O，
故答案为：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$7N₂+12H₂O；
③SO₂在O₂作用下与NH₃、H₂O反应形成（NH₄）₂SO₄，此反应中SO₂是还原剂，氧气是氧化剂，反应的化学方程式为2SO₂+O₂+4NH₃+2H₂O═2（NH₄）₂SO₄，
故答案为：2SO₂+O₂+4NH₃+2H₂O═2（NH₄）₂SO₄；
④涉及反应为2NH₃+H₂SO₄=n（NH₄）₂SO₄，2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O，反应中n（H₂SO₄）=v₁×c₁×10^-3mol，n（NaOH）=v₂×c₂×10^-3mol，
由方程式可知n（NaOH）+n（NH₃）=2n（H₂SO₄），
则n（NH₃）=（2v₁×c₁×10^-3-v₂×c₂×10^-3）mol，
则m（CO（NH₂）₂）=$\frac{1}{2}$×（2v₁×c₁×10^-3-v₂×c₂×10^-3）mol×60g/mol=（0.06v₁c₁-0.03v₂c₂ ）g，
尿素溶液中溶质的质量分数是$\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}%$，
故答案为：$\frac{6{c}_{1}{V}_{1}-3{c}_{2}{V}_{2}}{a}%$；
（2）①由图示可知BaO和NO_x反应生成Ba（NO₃）₂，Ba（NO₃）₂再还原为N₂，则储存NO_x的物质为BaO，故答案为：BaO；
②第一步反应中H₂被氧化生成水，化合价由0价升高到+1价，Ba（NO₃）₂的N元素化合价由+5价降低到-3价，生成氨气，则1molBa（NO₃）₂生成氨气转移16mol电子，参加反应的氢气的物质的量为$\frac{16}{2}$=8mol，则消耗的H₂与Ba（NO₃）₂的物质的量之比是8：1，
故答案为：8：1；
③在有氧条件下¹⁵NO与NH₃以一定比例反应时，得到的笑气几乎都是¹⁵NNO，由N元素守恒可知¹⁵NO与NH₃应为1：1，可知反应的化学方程式为4¹⁵NO+4NH₃+3O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$4¹⁵NNO+6H₂O，
故答案为：4¹⁵NO+4NH₃+3O₂；4；6．

点评 本题为2017北京考题，题目以氮氧化物为载体考查元素化合物知识以及化学方程式的相关计算，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，题目难度中等，注意把握题给信息，结合质量守恒计算该题．