Question

SCR和NSR技术可有效降低柴油发动机在空气过量条件下的NO_x排放。

(1)SCR（选择性催化还原）工作原理：

①尿素[CO(NH₂)₂]水溶液热分解为NH₃和CO₂，该反应的化学方程式：__________________

②反应器中NH₃还原NO₂的化学方程式：________________________；

③当燃油中含硫量较高时，尾气中SO₂在O₂作用下会形成(NH₄)₂SO₄，使催化剂中毒。用化学方程式表示(NH₄)₂SO₄的形成：_____________________________；

④尿素溶液浓度影响NO₂的转化，测定溶液中尿素（M=60 g·mol ⁻¹）含量的方法如下：取a g尿素溶液，将所含氮完全转化为NH₃，所得NH₃用过量的v₁ mL c₁ mol·L⁻¹ H₂SO₄溶液吸收完全，剩余H₂SO₄用v₂ mL c₂ mol·L⁻¹ NaOH溶液恰好中和，则尿素溶液中溶质的质量分数是_________________；

(2)NSR(NO_x储存还原)工作原理：NO_x的储存和还原在不同时段交替进行，如图a所示。

①通过BaO和Ba(NO₃)₂的相互转化实现NO_x的储存和还原。还原NO_x的物质是_________________；

②用H₂模拟尾气中还原性气体研究了Ba(NO₃)₂的催化还原过程，该过程分两步进行，图b表示该过程相关物质浓度随时间的变化关系。第二步反应消耗的NH₃与Ba(NO₃)₂的物质的量之比是__________________；

③还原过程中，有时会产生笑气（N₂O）。用同位素示踪法研究发现笑气的产生与NO有关。在有氧条件下¹⁵NO与NH₃以一定比例反应时，得到的笑气几乎都是¹⁵NNO。将该反应的化学方程式补充完整：______________________¹⁵NNO+___H₂O

Answer

CO(NH2)2+H2OCO2+2NH3 8NH3+6NO27N2+12H2O 2SO2+O2+4NH3+2H2O=2(NH4)2SO4 Ba(NO3)2 10∶3 415NO+4NH3+3O2415NNO+6H2O

【解析】

(1)①尿素[CO(NH2)2]水溶液热分解为NH3和CO2，结合原子守恒配平书写化学方程式；

②反应器中NH3还原NO2生成氮气和水，根据电子守恒和原子守恒可得此反应的化学方程式；

③SO2在O2作用下与NH3、H2O反应形成(NH4)2SO4，此反应中SO2是还原剂，氧气是氧化剂，结合电子守恒和原子守恒可得此反应的化学方程式；

④涉及反应为2NH3+H2SO4=n(NH4)2SO4，2NaOH+H2SO4=Na2SO4+H2O，由方程式可知n(NaOH)+n(NH3)=2n(H2SO4)，以此计算；

(2)①由图a可知储存NOx的物质是BaO；

②第一步反应中H2被氧化生成水，化合价由0价升高到+1价，Ba(NO3)2的N元素化合价由+5价降低到-3价，生成氨气，结合得失电子数目相等计算；

③在有氧条件下15NO与NH3以一定比例反应时，得到的笑气几乎都是15NNO，由N元素守恒可知15NO与NH3应为1：1，结合电子得失相等配平方程式。

(1)①尿素[CO(NH2)2]水溶液热分解为NH3和CO2，反应物为尿素和水，反应生成物为氨气和水，原子守恒书写化学方程式为：CO(NH2)2+H2OCO2+2NH3；

②NH3在催化剂作用下还原NO2生成氮气和水，根据电子守恒、原子守恒，可得反应的化学方程式为8NH3+6NO27N2+12H2O；

③SO2在O2作用下与NH3、H2O反应形成(NH4)2SO4，此反应中SO2中的S元素化合价升高，SO2作还原剂，氧气作氧化剂，反应的化学方程式为2SO2+O2+4NH3+2H2O=2(NH4)2SO4；

④涉及反应为2NH3+H2SO4=n(NH4)2SO4，2NaOH+H2SO4=Na2SO4+H2O，反应中n(H2SO4)=v1×c1×10-3mol，n(NaOH)=v2×c2×10-3mol，由方程式可知n(NaOH)+n(NH3)=2n(H2SO4)，所以n(NH3)=(2×v1×c1×10-3- v2×c2×10-3) mol，则根据N元素守恒可得n[CO(NH2)2]=n(NH3)，所以m[CO(NH2)2]=n(NH3)=(2×v1×c1×10-3- v2×c2×10-3) mol×60g/mol=(0.06v1c1-0.03v2c2)g，所以原尿素溶液中溶质的质量分数是×100%=；

(2)①由图示可知BaO和NOx反应生成Ba(NO3)2，Ba(NO3)2再还原为N2，则储存NOx的物质为BaO；

②第二步反应中NH3被氧化生成水和N2，N化合价由-3价升高到0价，Ba(NO3)2的N元素化合价由+5价降低到0价，生成氮气，则1mol Ba(NO3)2生成氮气转移10mol电子，参加反应的氨气的物质的量为mol，则消耗的NH3与Ba(NO3)2的物质的量之比是：1=10：3；

③在有氧条件下15NO与NH3以一定比例反应时，得到的笑气几乎都是15NNO，由N元素守恒可知15NO与NH3应为1：1，可知反应的化学方程式为415NO+4NH3+3O2415NNO+6H2O。