Question

氮及其化合物的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。

（1）合成氨工业是最基本的无机化工之一，氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。合成氨反应中有关化学键键能数据如下表：

化学键	H—H	N≡N	N—H
E/kJ•mol^-1	436	946	391

①已知：合成氨反应：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)的活化能Ea=508kJ•mol^-1，则氨分解反应：NH₃(g)N₂(g)+H₂(g)的活化能Ea=_____。

②图1表示500℃、60.0MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH₃体积分数的关系。根据如图中a点数据计算N₂的平衡体积分数：_____（保留3位有效数字）。

③依据温度对合成氨反应的影响，在如图坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，N₂物质的量变化的曲线示意图_____。

（2）选择性催化还原脱硝技术(SCR)是目前较成熟的烟气脱硝技术，该技术是指在温度300~420℃之间和催化剂条件下，用还原剂(如NH₃)选择性地与NO_x反应。

①SCR脱硝技术中发生的主要反应为：4NH₃(g)+4NO(g)+O₂(g)4N₂(g)+6H₂O(g)     △H=-1625.5kJ•mol^-1；氨氮比会直接影响该方法的脱硝率。350℃时，只改变氨气的投放量，氨气的转化率与氨氮比的关系如图所示。当＞1.0时，烟气中NO浓度反而增大，主要原因是_____。

②碱性溶液处理烟气中的氮氧化物也是一种脱硝的方法，写出NO₂被Na₂CO₃溶液吸收生成三种盐的化学反应方程式_____。

Answer

300kJ•mol-1 14.5%或0.145 过量氨气与氧气反应生成NO 2NO2+2Na2CO3+H2O=NaNO3+NaNO2+2NaHCO3

【解析】

⑴①先根据化学键能计算焓变，焓变又等于正反应活化能减去逆反应活化能，注意可逆反应方程式变化；②图1表示500℃、60.0MPa条件下，假设放入1mol N2，3mol H2，建立三段式进行计算；③依据温度对合成氨反应的影响，从通入原料气开始，随温度不断升高，N2物质的量先不变，当温度达到反应温度时，开始反应，不断减小，建立平衡，温度继续增加，平衡逆向移动，氮气物质的量增加。

⑵①4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)，反应中有氧气参与反应，当＞1.0时，烟气中NO浓度反而增大，剩余氨气，氨气可能与氧气反应生成NO；②NO2被Na2CO3溶液吸收生成三种盐，NO2中氮化合价既升高又降低，形成两种盐NaNO3和NaNO2，则另一种盐则为碳酸氢钠。

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

ΔH = 946 kJ‧mol−1 ＋ 3×436kJ‧mol−1 − 6×391 kJ‧mol−1 = − 92 kJ‧mol−1，ΔH = Ea – E(逆) = − 92 kJ‧mol−1，E(逆) =− Ea − 92 kJ‧mol−1= − 600 kJ‧mol−1，则氨分解反应：NH3(g)N2(g)+H2(g)的活化能Ea = 300 kJ‧mol−1；故答案为：300 kJ‧mol−1。

②图1表示500℃、60.0MPa条件下，假设放入1mol N2，3mol H2，

，解得x = 0.592，a点数据计算N2的平衡体积分数，故答案为14.5%。

③依据温度对合成氨反应的影响，从通入原料气开始，随温度不断升高，N2物质的量先不变，当温度达到反应温度时，开始反应，不断减小，建立平衡，温度继续增加，平衡逆向移动，氮气物质的量增加，其变化的曲线示意图为；故答案为：。

⑵①4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)，氧气参与了反应，当＞1.0时，烟气中NO浓度反而增大，剩余氨气，氨气可能与氧气反应生成NO，故答案为：过量氨气与氧气反应生成NO。

②NO2被Na2CO3溶液吸收生成三种盐，NO2中氮化合价既升高又降低，形成两种盐NaNO3和NaNO2，则另一种盐则为碳酸氢钠，因此化学反应方程式2NO2+2Na2CO3+H2O = NaNO3+NaNO2+2NaHCO3；故答案为：2NO2+2Na2CO3+H2O=NaNO3+NaNO2+2NaHCO3。