Question

【题目】环境问题正引起全社会的关注，用NH3催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染，对构建生态文明有着极为重要的意义。

（1）已知N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H＜0，当反应器中按n（N2）：n（H2）=1:3投料，分别在200℃、400℃、600℃下达到平衡时，混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线如图。

①曲线a对应的温度是_________℃。

②上图中M、N、Q三点对应的平衡常数K（M）、K（N）、K（Q）的大小关系是_________________。

如果N点时c（NH3）=0.2 mol·L-1，则N点的化学平衡常数K=______（保留2位小数）。

（2）用NH3催化还原NO时包含以下反应：

反应I：4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)+6H2O(l) △H1

反应II： 2NO(g) +O2(g) 2NO 2(g) △H2

反应III：4NH3(g)+6NO2 (g) 5N2(g)+3O2(g) + 6H2O(l) △H3

△H1=________（用含△H2、△H3的式子表示）。

（3）SNCR-SCR是一种新兴的烟气脱硝技术（除去烟气中的NOx）。其流程如下：

该方法中反应的热化学方程式为：

4NH3(g)+4NO (g) + O2 (g)4N2(g)+ 6H2O(g) △H=-1646 kJ·mol -1

①在一定温度下，在密闭恒压的容器中，能表示上述反应达到化学平衡状态的是_______（填字母）。

a.4v逆（N2）=v正（O2）

b.混合气体的密度保持不变

c.c（N2）：c（H2O）：c（NH3）=4:6:4

d.单位时间内断裂12molN-H键的同时断裂12molO-H键

②如下图所示，反应温度会直接影响SNCR技术的脱硝效率。

SNCR技术脱硝的最佳温度选择925℃的理由是_____________________；SNCR与SCR技术相比，SNCR技术的反应温度较高，其原因是________________；但当烟气温度高于1000℃时，SNCR脱硝效率明显降低，其原因主要是_____________________。（用平衡移动原理解释）

Answer 1

【答案】 200℃ K（M）=K（Q）＞K（N） 0.93L2/mol2 3△H2+△H3 bd 925℃时脱硝效率高，残留氨浓度较小 反应的活化能较大，没有使用催化剂 因为脱硝反应的正反应是放热反应，温度过高使平衡逆向移动。

【解析】(1)①合成氨的反应为放热反应，反应温度越高，越不利于反应正向进行，曲线a的氨气的物质的量分数最高，其反应温度对应相对最低，所以a曲线对应温度为200°C；故答案为：200℃；

②平衡常数与温度有关，与其他条件无关，温度相同时平衡常数相同，反应是放热反应，温度越高平衡常数越小，则M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)=K(Q)＞K(N)，N点时c(NH3)=0.2molL-1，氨气体积分数为20%，则：

N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)

起始浓度(mol/L)： x 3x 0

变化浓度(mol/L)： 0.1 0.3 0.2

平衡浓度(mol/L)：x-0.1 3x-0.3 0.2

所以 =20%，解得x=0.3，平衡常数K==≈0.93，故答案为：K(M)=K(Q)＞K(N)；0.93；

(2)反应II： 2NO(g) +O2(g) 2NO 2(g) △H2，反应III：4NH3(g)+6NO2 (g) 5N2(g)+3O2(g) + 6H2O(l)△H3，根据盖斯定律，将反应II×3+反应III得：4NH3(g)+6NO(g) 5N2(g)+6H2O(l) △H1= 3△H2+△H3，故答案为：3△H2+△H3；

(3)①a. v逆(N2)=4v正(O2)表示正逆反应速率相等，因此4v逆(N2)=v正(O2)，表示正逆反应速率不相等，说明反应未达到化学平衡状态，错误；b.该反应属于气体的体积变化的反应，当混合气体的密度保持不变，能够说明反应达到化学平衡状态，正确；c.c(N2)：c(H2O)：c(NH3)=4:6:4，不能说明正逆反应速率是否相等，因此不能判断反应是否达到化学平衡状态，错误；d.单位时间内断裂12molN-H键的同时断裂12molO-H键，表示正逆反应速率相等，能够说明反应达到化学平衡状态，正确；故选bd；

②根据图像，925℃时脱硝效率高，残留氨浓度较小，SNCR技术脱硝的最佳温度应该选择925℃，SNCR与SCR技术相比，反应的活化能较大，没有使用催化剂，因此SNCR技术的反应温度较高；因为脱硝反应的正反应是放热反应，温度过高使平衡逆向移动，因此当烟气温度高于1000℃时，SNCR脱硝效率明显降低，故答案为：925℃时脱硝效率高，残留氨浓度较小；反应的活化能较大，没有使用催化剂；因为脱硝反应的正反应是放热反应，温度过高使平衡逆向移动。