Question

【題目】NOx會引起光化學煙霧等環(huán)境問題，在催化劑存在條件下，以NH3或尿素將尾氣中NOx

還原為N2的技術，即NH3或尿素-SCR技術，是去除NOx最為有效且應用最廣的技術之一，其中最重要的催化劑體系是釩基催化劑。

（1）NH3去除尾氣中的NOx，當v(NO)：v(NO2)=l:1時稱為“快速SCR 反應”，該反應化學方程式為___________。

（2）不同釩含量的催化劑（V2O5/TiO2）添加WO3對NO去除率的影響如下圖，從圖中可以得出其它條件相同時添加WO3，對NO去除率的影響是_____（填“增大”、“減小”或“無影響”）。根據圖中所示，隨著溫度升高NO去除率的變化趨勢為_____，該變化趨勢的一種可能原因是___________。

（3）在制備釩基催化劑時，添加的各種成型助劑中堿金屬或堿土金屬（如Na、K、Ca）能夠使催化劑中毒（催化性能下降）, K、Ca的毒化作用與Na相似。下列適合做成型助劑有_____。

A.Li B.Mg C．酸性鋁溶膠 D．酸性硅溶膠

請設計實驗研究添加金屬K對催化劑活性的影響（只需寫出實驗思路，不需要具體實驗

操作）_____________。

（4）在NOx催化去除過程中，NH3儲罐存在危險性，更多應用為尿素-SCR技術。在該技術過程中，發(fā)生如下兩個反應：

① CO(NH2)2=NH3+HNCO

② HNCO(g)+H20(g)====NH3(g)+CO2(g)

在此過程中一分子尿素可以生成兩分子NH3，因此尿素被視為是NH3的有效儲存源。反應②的平衡常數(shù)表達式為_______。目前商用的尿素溶液濃度為32.5%（密度為1.05g/mL），常稱為“Ad Blue ”。1L該商用尿素溶液發(fā)生“快速SCR反應”， 理論上最多可消除NO和NO2在標準狀況下的體積為______L。

Answer 1

【答案】（1） 2NH3+NO+NO2= 2N2+3H2O （2） 增大 減小 低溫階段，溫度升高反應速率加快導致NO去除率增大；高溫階段，溫度升高平衡逆向移動導致NO去除率下降；②低溫階段，溫度升高反應速率加快導致NO去除率增大；高溫階段，發(fā)生NH3的非選擇性氧化NOx反應。③低溫階段，溫度升高反應速率加快導致NO去除率增大；高溫階段，催化劑活性下降。（其它合理答案均可） （3） C、D 分別向催化劑中添加1%K、2%K，并控制與（3）題中相同實驗條件下，然后測定不同溫度下的NO去除率，繪制成圖表。 （4） [c(NH3)c(CO2)]/[c(HNCO)c(H2O)] 254.8

【解析】（1）當V(NO):V(NO2)=1:1時稱為“快速SCR反應”，根據氧化還原方程式的原理可以書寫配平得出：2NH3+NO+NO2= 2N2+3H2O；

（2）本小題要特別注意對圖像的分析，根據控制變量的思想，當釩含量相同時可以發(fā)現(xiàn)，添加了WO3后，催化劑在各溫度下對NO的去除率影響均為增大； 根據圖像，其他因素相同時，低溫階段（350℃以下）溫度升高NO去除率增大，高溫階段（350℃以上）隨著溫度升高NO去除率減��；可能的原因有：①低溫階段，溫度升高反應速率加快導致NO去除率增大；高溫階段，溫度升高平衡逆向移動導致NO去除率下降；②低溫階段，溫度升高反應速率加快導致NO去除率增大；高溫階段，發(fā)生NH3的非選擇性氧化NOx反應。③低溫階段，溫度升高反應速率加快導致NO去除率增大；高溫階段，催化劑活性下降；

（3）在制備釩基催化劑時，添加的各種成型助劑中的堿金屬或堿土金屬（如Na、K、Ca）能夠使催化劑中毒（催化性能下降），K、Ca的毒化作用與Na相似。A選項Li為堿金屬，B選項Mg為堿土金屬，故C、D中酸性鋁溶膠和酸性硅溶膠更適合作為成型助劑； 根據表格中的實驗情況，可以類似延伸，把握住控制變量的思想便可以設計出實驗思路，另外要求繪制成圖表，更加直觀形象的展示出實驗結果：分別向催化劑中添加1%K、2%K，并控制與（3）題中相同實驗條件下，然后測定不同溫度下的NO去除率，繪制成圖表；

（4）根據平衡常數(shù)的定義可知：K=[c(NH3)c(CO2)]/[c(HNCO)c(H2O)]

理論上一分子尿素可以生成兩分子NH3，所以此處不考慮反應②的可逆性，按照完全反應來進行理論計算，同時發(fā)生的是“快速SCR反應”，2NH3+NO+NO2= 2N2+3H2O，1mol CO(NH2)2~2mol NH3~1molNO+1mol NO2，V(NO+NO2)=×22.4L=254.8L。