Question

【題目】氮及其化合物的轉化是資源利用和環境保護的重要研究課題。

（1）合成氨工業是最基本的無機化工之一，氨是化肥工業和基本有機化工的主要原料。 合成氨反應中有關化學鍵鍵能數據如下表：

化學鍵	H—H	N≡N	N—H
E/ kJmol﹣1	436	946	391

①已知：合成氨反應：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的活化能Ea=508 kJmol﹣1，則氨分解反應：2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能Ea=_____。

②下圖表示500℃、60.0MPa條件下，原料氣投料比與平衡時NH3體積分數的關系。根據圖中a點數據計算N2的平衡體積分數：_____（保留3位有效數字）。

③依據溫度對合成氨反應的影響，在圖坐標系中，畫出一定條件下的密閉容器內，從通入原料氣開始，隨溫度不斷升高，N2物質的量變化的曲線示意圖_______________。

（2）選擇性催化還原脫硝技術(SCr)是目前較成熟的煙氣脫硝技術，該技術是指在溫度300~420℃之間和催化劑條件下，用還原劑(如NH3)選擇性地與NOx反應。

①SCr脫硝技術中發生的主要反應為：4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)△H=－1625.5kJ·mol－1；氨氮比[n(NH3)／n(NO)]會直接影響該方法的脫硝率。350℃時，只改變氨氣的投放量，氨氣的轉化率與氨氮比的關系如圖所示。當n(NH3)／n(NO)＞1.0時，煙氣中NO濃度反而增大，主要原因是_____。

②堿性溶液處理煙氣中的氮氧化物也是一種脫硝的方法，寫出NO2被Na2CO3溶液吸收生成三種鹽的化學反應方程式_____。

③直接電解吸收也被用于脫硝。用6％的稀硝酸吸收NOx生成亞硝酸，再將吸收液導入電解槽電解，使之轉化為硝酸。電解裝置如圖所示。陽極的電極反應式為_____。

Answer 1

【答案】 600 kJmol﹣1 14.5% 過量氨氣與氧氣反應生成 NO 2NO2+2Na2CO3+H2O=NaNO3+NaNO2+2NaHCO3 H2O + HNO2 － 2e－＝ NO3 －＋3H＋

【解析】(1)①N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的反應熱△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能=(946+436×3)kJmol﹣1-(6×391)kJmol﹣1=-92 kJmol﹣1，正反應的活化能Ea=508 kJmol﹣1，則逆反應的活化能Ea=(508+92)kJmol﹣1=600kJmol﹣1，即2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能Ea=600kJmol﹣11；②設平衡時反應的氮氣的物質的量為xmol，則根據方程式可知

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，

起始(mol) 1 3 0

反應(mol) x 3x 2x

平衡(mol) 1-x 3-3x 2x

平衡時氨氣的體積分數==42%，解得x=0.592mol，則N2的平衡體積分數==14.5%；③N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H= -92 kJmol﹣1，升高溫度，平衡逆向移動，N2物質的量增大，因此一定條件下的密閉容器內，從通入原料氣開始，隨著反應的進行，氮氣的物質的量逐漸減小，達到平衡后，隨溫度不斷升高，氮氣的物質的量逐漸增大，圖像為；(2)①4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)△H=－1625.5kJ·mol－1，350℃時，只改變氨氣的投放量，當n(NH3)／n(NO)＞1.0時，過量氨氣與氧氣反應生成NO，煙氣中NO濃度反而增大；②NO2被Na2CO3溶液吸收生成三種鹽，二氧化氮與水反應生成一氧化氮和硝酸，一氧化氮和二氧化氮與堿反應能夠生成亞硝酸鹽，因此反應的化學反應方程式為2NO2+2Na2CO3+H2O=NaNO3+NaNO2+2NaHCO3；③用6％的稀硝酸吸收NOx生成亞硝酸，再將吸收液導入電解槽電解，使之轉化為硝酸，根據裝置圖，陽極發生氧化反應，亞硝酸被氧化為硝酸，電極反應式為H2O+HNO2－2e－＝NO3－+3H+。