Question

【題目】SO2 和 NOx 都是大氣污染物。

(1)利用氨水可以將 SO2 和 NO2 吸收，原理如下圖所示：

NO2 被吸收的離子方程式是__________________。

(2)濕法吸收工業(yè)尾氣中的NO2，常選用純堿溶液，將NO2轉(zhuǎn)化為兩種氮元素的常見含氧酸鹽，其反應的離子方程式是(已知酸性HNO2＞H2CO3)______________。

(3)用高能電子束激活煙氣(主要成分是SO2、NO2、H2O等)，會產(chǎn)生O3等強氧化性微粒。煙氣經(jīng)下列過程可獲得化肥。

該化肥中含有的離子是、___________(填離子符號)。

(4)SCR 和 NSR 技術可有效降低柴油發(fā)動機在空氣過量條件下的 NOx 排放。

I．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是________________。

②反應器中 NH3 還原 NO2 的化學方程式是_________________。

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_____________________。

II．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，如下圖所示。

①通過 BaO 和 Ba(NO3)2 的相互轉(zhuǎn)化實現(xiàn) NOx 的儲存和還原。儲存 NOx 的物質(zhì)是___________________，生成 Ba(NO3)2 的化學方程式是 _______________。

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，下圖表示該過程相關物質(zhì)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(zhì)的量之比是___________。

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。在有氧氣條件下 15NO 與 NH3 以一定比例反應時，得到的笑氣幾乎都是 15N1.5N0.5O。將該反應的化學方程式補充完整：_____________ _________15N1.5N0.5O+________H2O

Answer 1

【答案】2NO2+4=N2+4+4H+ +2NO2=++CO2 、 CO(NH2)2+H2O2NH3↑+CO2↑ 8NH3+6NO27N2+12H2O 2SO2+O2+4NH3+2H2O═2(NH4)2SO4 BaO 2BaO+4NO+3O2=2Ba(NO3)2 8:1 1215NO+4NH3+O2 8 6

【解析】

(1) 根據(jù)流程圖信息NO2被吸收時反應物為NO2、NH4HSO3，生成物有氮氣，據(jù)此依據(jù)氧化還原反應的得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒書寫離子反應方程式；

(2) 純堿溶液，將NO2轉(zhuǎn)化為兩種氮元素的常見含氧酸鹽，結(jié)合原子守恒和氧化還原反應電子守恒分析反應生成硝酸鹽和亞硝酸鹽；

(3) 用高能電子束激活煙氣(主要成分是SO2、NO2、H2O等)，會產(chǎn)生O3等強氧化性微粒，O3與煙氣中的SO2、NO2、H2O反應生成的H2SO4和HNO3與注入的NH3反應，生成化肥硫銨和硝銨；

(4) I．先判斷反應物和生成物，再結(jié)合電子守恒和原子守恒書寫有關反應方程式；

II．①由圖可知儲存NOx的物質(zhì)是BaO；

②第一步反應中H2被氧化生成水，氫元素化合價由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以一定比例反應時，得到的笑氣幾乎都是15N1.5N0.5O，由N元素守恒可知15NO與NH3應為3：1，結(jié)合電子得失相等配平。

(1) NO2被吸收時，反應物為NO2、NH4HSO3，二氧化氮中氮元素為+4價，生成物有氮氣，所以亞硫酸氫根離子中硫被氧化成硫酸根離子，根據(jù)得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒，反應的離子方程式為2NO2+4=N2+4+4H+；

(2) 純堿溶液，將NO2轉(zhuǎn)化為兩種氮元素的常見含氧酸鹽，結(jié)合原子守恒和氧化還原反應電子守恒分析反應生成硝酸鹽和亞硝酸鹽，反應的離子方程式為：+2NO2=++CO2；

(3) 用高能電子束激活煙氣(主要成分是SO2、NO2、H2O等)，會產(chǎn)生O3/span>等強氧化性微粒，O3與煙氣中的SO2、NO2、H2O反應生成的H2SO4和HNO3與加入的NH3發(fā)生如下反應：H2SO4+2NH3=(NH4)2SO4、HNO3+NH3 =NH4NO3，該化肥中含有的離子是、、；

(4) I．①尿素[CO(NH2)2]水溶液熱分解為NH3和CO2，反應物為尿素和水，生成物為氨氣和二氧化碳，根據(jù)原子守恒，反應的化學方程式為：CO(NH2)2+H2O2NH3↑+CO2↑；

②NH3在催化劑作用下還原NO2生成氮氣和水，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒，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，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒，反應的化學方程式為2SO2+O2+4NH3+2H2O═2(NH4)2SO4；

II．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(zhì)為BaO；儲存時，氧化鋇、一氧化氮和氧氣反應生成Ba(NO3)2的化學方程式是2BaO+4NO+3O2=2Ba(NO3)2；

②第一步反應中H2被氧化生成水，H元素的化合價由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生成氨氣得到16mol電子，參加反應的氫氣的物質(zhì)的量為mol=8mol，則消耗的H2與Ba(NO3)2的物質(zhì)的量之比是8:1；

③在有氧氣條件下15NO與NH3以一定比例反應時，得到的笑氣幾乎都是15N1.5N0.5O，由N元素守恒可知15NO與NH3應為3：1，1mol15NO被還原得到1mol電子，若有3mol15NO參與反應，則3mol15NO被還原得到3mol電子，1molNH3被氧化失去4mol電子，根據(jù)電子守恒，參與反應的O2為0.25mol，即15NO、NH3、O2物質(zhì)的量之比為3mol：1mol：0.25mol=12:4:1，可知反應的化學方程式為1215NO+4NH3+O2815N1.5N0.5O +6H2O。