Question

14．SCR和NSR技術(shù)可有效降低柴油發(fā)動機(jī)在空氣過量條件下的NO_x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(yīng)的化學(xué)方程式：CO（NH₂）₂+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CO₂↑．
②反應(yīng)器中NH₃還原NO₂的化學(xué)方程式：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$7N₂+12H₂O．
③當(dāng)燃油中含硫量較高時，尾氣中SO₂在O₂作用下會形成（NH₄）₂SO₄，使催化劑中毒．用化學(xué)方程式表示（NH₄）₂SO₄的形成：2SO₂+O₂+4NH₃+2H₂O═2（NH₄）₂SO₄．
④尿素溶液濃度影響NO₂的轉(zhuǎn)化，測定溶液中尿素（M=60g•mol^-1）含量的方法如下：取a g尿素溶液，將所含氮完全轉(zhuǎn)化為NH₃，所得NH₃用過量的v₁ mL c₁ mol•L^-1H₂SO₄溶液吸收完全，剩余H₂SO₄用v₂mL c₂ mol•L^-1NaOH溶液恰好中和，則尿素溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{6{c}_{1}{V}_{1}-3{c}_{2}{V}_{2}}{a}%$．
（2）NSR（NO_x儲存還原）工作原理：
NO_x的儲存和還原在不同時段交替進(jìn)行，如圖a所示．

①通過BaO和Ba（NO₃）₂的相互轉(zhuǎn)化實現(xiàn)NO_x的儲存和還原．儲存NO_x的物質(zhì)是BaO．
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(jìn)行，圖b表示該過程相關(guān)物質(zhì)濃度隨時間的變化關(guān)系．第一步反應(yīng)消耗的H₂與Ba（NO₃）₂的物質(zhì)的量之比是8：1．
③還原過程中，有時會產(chǎn)生笑氣（N₂O）．用同位素示蹤法研究發(fā)現(xiàn)笑氣的產(chǎn)生與NO有關(guān)．在有氧條件下，¹⁵NO與NH₃以一定比例反應(yīng)時，得到的笑氣幾乎都是¹⁵NNO．將該反應(yīng)的化學(xué)方程式補(bǔ)充完整：4¹⁵NO+4NH₃+3O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$⁴¹⁵NNO+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）①尿素[CO（NH₂）₂]水溶液熱分解為NH₃和CO₂，結(jié)合原子守恒配平書寫化學(xué)方程式；
②反應(yīng)器中NH₃還原NO₂生成氮氣和水，根據(jù)電子守恒和原子守恒可得此反應(yīng)的化學(xué)方程式；
③SO₂在O₂作用下與NH₃、H₂O反應(yīng)形成（NH₄）₂SO₄，此反應(yīng)中SO₂是還原劑，氧氣是氧化劑，結(jié)合電子守恒和原子守恒可得此反應(yīng)的化學(xué)方程式；
④涉及反應(yīng)為2NH₃+H₂SO₄=n（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NO_x的物質(zhì)是BaO；
②第一步反應(yīng)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(jié)合得失電子數(shù)目相等計算；
③在有氧條件下¹⁵NO與NH₃以一定比例反應(yīng)時，得到的笑氣幾乎都是¹⁵NNO，由N元素守恒可知¹⁵NO與NH₃應(yīng)為1：1，結(jié)合電子得失相等配平．

解答 解：（1）①尿素[CO（NH₂）₂]水溶液熱分解為NH₃和CO₂，反應(yīng)物為尿素和水，反應(yīng)生成物為氨氣和水，原子守恒書寫化學(xué)方程式為：CO（NH₂）₂+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CO₂↑，
故答案為：CO（NH₂）₂+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NH₃↑+CO₂↑；
②NH₃在催化劑作用下還原NO₂生成氮氣和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$7N₂+12H₂O，
故答案為：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$7N₂+12H₂O；
③SO₂在O₂作用下與NH₃、H₂O反應(yīng)形成（NH₄）₂SO₄，此反應(yīng)中SO₂是還原劑，氧氣是氧化劑，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2SO₂+O₂+4NH₃+2H₂O═2（NH₄）₂SO₄，
故答案為：2SO₂+O₂+4NH₃+2H₂O═2（NH₄）₂SO₄；
④涉及反應(yīng)為2NH₃+H₂SO₄=n（NH₄）₂SO₄，2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O，反應(yīng)中n（H₂SO₄）=v₁×c₁×10^-3mol，n（NaOH）=v₂×c₂×10^-3mol，
由方程式可知n（NaOH）+n（NH₃）=2n（H₂SO₄），
則n（NH₃）=（2v₁×c₁×10^-3-v₂×c₂×10^-3）mol，
則m（CO（NH₂）₂）=$\frac{1}{2}$×（2v₁×c₁×10^-3-v₂×c₂×10^-3）mol×60g/mol=（0.06v₁c₁-0.03v₂c₂ ）g，
尿素溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{0.06{c}_{1}{V}_{1}-0.03{c}_{2}{V}_{2}}{a}×100%$=$\frac{6{c}_{1}{V}_{1}-3{c}_{2}{V}_{2}}{a}%$，
故答案為：$\frac{6{c}_{1}{V}_{1}-3{c}_{2}{V}_{2}}{a}%$；
（2）①由圖示可知BaO和NO_x反應(yīng)生成Ba（NO₃）₂，Ba（NO₃）₂再還原為N₂，則儲存NO_x的物質(zhì)為BaO，故答案為：BaO；
②第一步反應(yīng)中H₂被氧化生成水，化合價由0價升高到+1價，Ba（NO₃）₂的N元素化合價由+5價降低到-3價，生成氨氣，則1molBa（NO₃）₂生成氨氣轉(zhuǎn)移16mol電子，參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為$\frac{16}{2}$=8mol，則消耗的H₂與Ba（NO₃）₂的物質(zhì)的量之比是8：1，
故答案為：8：1；
③在有氧條件下¹⁵NO與NH₃以一定比例反應(yīng)時，得到的笑氣幾乎都是¹⁵NNO，由N元素守恒可知¹⁵NO與NH₃應(yīng)為1：1，可知反應(yīng)的化學(xué)方程式為4¹⁵NO+4NH₃+3O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$4¹⁵NNO+6H₂O，
故答案為：4¹⁵NO+4NH₃+3O₂；4；6．

點評 本題為2017北京考題，題目以氮氧化物為載體考查元素化合物知識以及化學(xué)方程式的相關(guān)計算，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計算能力的考查，題目難度中等，注意把握題給信息，結(jié)合質(zhì)量守恒計算該題．