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，該反應的化學方程式：__________。

② 反應器中 NH3 還原 NO2 的化學方程式：__________。

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·mol -1）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·L-1 H2SO4 溶液吸收完全，剩余 H2SO4 用 V2 mL c2 mol·L-1 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】CO(NH2) 2＋H2OCO2＋2NH3 8NH3＋6NO2=7N2＋12H2O 2SO2＋O2＋4NH3＋2H2O＝2(NH4)2SO4 BaO 8∶1 415NO＋4NH3＋3O2 4 6

【解析】

(1)①尿素[CO(NH2)2]水溶液熱分解為NH3和CO2，結合原子守恒配平書寫化學方程式；

②反應器中NH3還原NO2生成氮氣和水，根據電子守恒和原子守恒可得此反應的化學方程式；

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測定溶液中尿素的含量，取ag尿素溶液，將所含氮完全轉化為NH3，所得NH3用過量的V1mLc1mol/L的H2SO4溶液吸收完全，產物為(NH4)2SO4，剩余H2SO4用V2mLc2mo/LNaOH溶液恰好中和，則參與吸收氨氣的硫酸的物質的量為(c1V1c2V2)×103mol，吸收氨氣的反應為2NH3+H2SO4═(NH4)2SO4，根據N元素守恒予以解答；

(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尿素[CO(NH2)2]水溶液熱分解為NH3和CO2，反應物為尿素和水，反應生成物為氨氣和水，原子守恒書寫化學方程式為：CO(NH2)2+H2O2NH3↑+CO2↑；

②NH3在催化劑作用下還原NO2生成氮氣和水，反應的化學方程式為8NH3+6NO27N2+12H2O；

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；

④取ag尿素溶液，將所含氮完全轉化為NH3，所得NH3用過量的V1mLc1mol/L的H2SO4溶液吸收完全，產物為(NH4)2SO4，發生的反應為2NH3+H2SO4═(NH4)2SO4，剩余H2SO4用V2mLc2mo/LNaOH溶液恰好中和，則參與吸收氨氣的硫酸的物質的量為(c1V1c2V2)×103mol，根據反應關系，氨氣的物質的量為n(NH3)=2×(c1V1c2V2)×103mol=(2c1V1c2V2)×103mol，根據N元素守恒，尿素的物質的量為n(尿素)=n(NH3)= ×103mol，則尿素的質量為m=n(尿素)×M=×103mol×60g/mol=0.03×(2c1V1-c2V2)g，則尿素溶液中溶質的質量分數是w=×100%=×100%=×100%；

(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；

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；

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+3O2415NNO+6H2O。