Question

【題目】SCR和NSR技術可有效降低柴油發動機在空氣過量條件下的NOx排放。

（1）SCR（選擇性催化還原）工作原理：

①尿素[CO(NH2)2]水溶液熱分解為NH3和CO2，請寫出CO2的電子式___________________。

②反應器內NH3還原NO2過程中，若還原產物比氧化產物少1mol，轉移電子總數__________個（用NA表示）。

③當燃油中含硫量較高時，尾氣中SO2在O2作用下會形成(NH4)2SO4，使催化劑中毒。用化學方程式表示(NH4)2SO4的形成_________。

④尿素溶液濃度影響NO2的轉化，測定溶液中尿素（M=60 g·mol1）含量的方法如下：取a g尿素溶液，將所含氮完全轉化為NH3，所得NH3用過量的v1 mL c1 mol·L1 H2SO4溶液吸收完全，剩余H2SO4用v2 mL c2 mol·L1 NaOH溶液恰好中和，則尿素溶液中溶質的質量分數是________

（2）NSR（NOx儲存還原）工作原理：NOx的儲存和還原在不同時段交替進行，如圖a所示。

①通過BaO和Ba(NO3)2的相互轉化實現NOx的儲存和還原。儲存NOx的物質是_________。

②用H2模擬尾氣中還原性氣體研究了Ba(NO3)2的催化還原過程，該過程分兩步進行，圖b表示該過程相關物質濃度隨時間的變化關系。第一步反應消耗的H2與Ba(NO3)2的物質的量之比是___。

③還原過程中，有時會產生笑氣（N2O）。用同位素示蹤法研究發現笑氣的產生與NO有關。在有氧條件下15NO與NH3以一定比例反應時，得到的笑氣幾乎都是15NNO。將該反應的化學方程式補充完整：_____________15NNO+H2O

Answer 1

【答案】 24NA 2SO2＋O2＋4NH3＋2H2O===2(NH4)2SO4 ％ BaO 8∶1 415NO＋4NH3＋3O2

【解析】

(1)①二氧化碳為共價化合物，含有C=O鍵；②涉及反應為為8NH3+6NO2 7N2+12H2O，結合方程式判斷；③SO2在O2作用下與NH3、H2O反應形成(NH4)2SO4，此反應中SO2是還原劑，氧氣是氧化劑，結合電子守恒和原子守恒可得此反應的化學方程式；④涉及反應為2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4，2NaOH+H2SO4=Na2SO4+H2O，由方程式可知n(NaOH)+n(NH3)=2n(H2SO4)，以此計算；

(2)①由圖a可知儲存NOx的物質是BaO；②第一步反應中H2被氧化生成水，化合價由0價升高到+1價，Ba(NO3)2的N元素化合價由+5價降低到-3價，生成氨氣，結合得失電子數目相等計算；③在有氧條件下15NO與NH3以一定比例反應時，得到的笑氣幾乎都是15NNO，由N元素守恒可知15NO與NH3應為1∶1，結合電子得失相等配平。

(1)①二氧化碳為共價化合物，含有C=O鍵，電子式為，故答案為：；

②NH3還原NO2過程中涉及的反應為8NH3+6NO2 7N2+12H2O，由方程式可知若還原產物比氧化產物少1mol，即生成還原產物(N2)4mol，氧化產物(N2)3mol，則有8molNH3參加反應，轉移電子24mol，總數為24NA，故答案為：24NA；

③SO2在O2作用下與NH3、H2O反應形成(NH4)2SO4，此反應中SO2是還原劑，氧氣是氧化劑，反應的化學方程式為2SO2+O2+4NH3+2H2O═2(NH4)2SO4，故答案為：2SO2+O2+4NH3+2H2O═2(NH4)2SO4；

④涉及反應為2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4，2NaOH+H2SO4=Na2SO4+H2O，反應中n(H2SO4)=v1×c1×10-3mol，n(NaOH)=v2×c2×10-3mol，由方程式可知n(NaOH)+n(NH3)=2n(H2SO4)，則n(NH3)=(2v1×c1×10-3-v2×c2×10-3)mol，則m(CO(NH2)2)=×(2v1×c1×10-3-v2×c2×10-3)mol×60g/mol=(0.06v1c1-0.03v2c2 )g，尿素溶液中溶質的質量分數是×100%=%，故答案為：%；

(2)①由圖示可知BaO和NOx反應生成Ba(NO3)2，Ba(NO3)2再還原為N2，則儲存NOx的物質為BaO，故答案為：BaO；

②第一步反應中H2被氧化生成水，化合價由0價升高到+1價，Ba(NO3)2的N元素化合價由+5價降低到-3價，生成氨氣，則1molBa(NO3)2生成氨氣轉移16mol電子，參加反應的氫氣的物質的量為=8mol，則消耗的H2與Ba(NO3)2的物質的量之比是8∶1，故答案為：8∶1；

③在有氧條件下15NO與NH3以一定比例反應時，得到的笑氣幾乎都是15NNO，由N元素守恒可知15NO與NH3應為1∶1，可知反應的化學方程式為415NO+4NH3+3O2 415NNO+6H2O，故答案為：415NO+4NH3+3O2。