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

②圖1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。根據如圖中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，在如圖坐標系中，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=-1625.5kJmol-1；氨氮比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＞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_____。

Answer 1

【答案】300kJmol-1 14.5%或0.145 過量氨氣與氧氣反應生成NO 2NO2+2Na2CO3+H2O=NaNO3+NaNO2+2NaHCO3

【解析】

⑴①先根據化學鍵能計算焓變，焓變又等于正反應活化能減去逆反應活化能，注意可逆反應方程式變化；②圖1表示500℃、60.0MPa條件下，假設放入1mol N2，3mol H2，建立三段式進行計算；③依據溫度對合成氨反應的影響，從通入原料氣開始，隨溫度不斷升高，N2物質的量先不變，當溫度達到反應溫度時，開始反應，不斷減小，建立平衡，溫度繼續增加，平衡逆向移動，氮氣物質的量增加。

⑵①4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)，反應中有氧氣參與反應，當＞1.0時，煙氣中NO濃度反而增大，剩余氨氣，氨氣可能與氧氣反應生成NO；②NO2被Na2CO3溶液吸收生成三種鹽，NO2中氮化合價既升高又降低，形成兩種鹽NaNO3和NaNO2，則另一種鹽則為碳酸氫鈉。

⑴①已知：合成氨反應：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的活化能Ea=508kJmol-1，

ΔH = 946 kJmol1 ＋ 3×436kJmol1 6×391 kJmol1 = 92 kJmol1，ΔH = Ea – E(逆) = 92 kJmol1，E(逆) = Ea 92 kJmol1= 600 kJmol1，則氨分解反應：NH3(g)N2(g)+H2(g)的活化能Ea = 300 kJmol1；故答案為：300 kJmol1。

②圖1表示500℃、60.0MPa條件下，假設放入1mol N2，3mol H2，

，解得x = 0.592，a點數據計算N2的平衡體積分數，故答案為14.5%。

③依據溫度對合成氨反應的影響，從通入原料氣開始，隨溫度不斷升高，N2物質的量先不變，當溫度達到反應溫度時，開始反應，不斷減小，建立平衡，溫度繼續增加，平衡逆向移動，氮氣物質的量增加，其變化的曲線示意圖為；故答案為：。

⑵①4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)，氧氣參與了反應，當＞1.0時，煙氣中NO濃度反而增大，剩余氨氣，氨氣可能與氧氣反應生成NO，故答案為：過量氨氣與氧氣反應生成NO。

②NO2被Na2CO3溶液吸收生成三種鹽，NO2中氮化合價既升高又降低，形成兩種鹽NaNO3和NaNO2，則另一種鹽則為碳酸氫鈉，因此化學反應方程式2NO2+2Na2CO3+H2O = NaNO3+NaNO2+2NaHCO3；故答案為：2NO2+2Na2CO3+H2O=NaNO3+NaNO2+2NaHCO3。