煙道氣和汽車尾氣(NO
x、NH
3等)是造成霧霾天氣的原因之一。對這些排放氣的處理以及再利用是化學(xué)工作者研究的重要課題。
(1)H
2-SCR脫硝
①氫氣在富氧條件下催化還原NO
x反應(yīng)在低溫時仍具有高活性和選擇性,已知催化劑銠(Rh)表面H
2催化還原NO的詳細(xì)反應(yīng)機理如下圖所示,其他條件一定時,決定H
2催化還原NO反應(yīng)速率的基元反應(yīng)為
N(s)+N(s)═N2(s)+Rh(s)+Rh(s)
N(s)+N(s)═N2(s)+Rh(s)+Rh(s)
,基元反應(yīng)OH(s)+Rh(s)═H(s)+O(s)的焓變△H=
-46.0
-46.0
kJ/mol
②1093K時,NO與H
2以物質(zhì)的量2:1混合,置于某密閉容器中還能發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng):2NO(g)+H
2(g)═N
2O(g)+H
2O(g),實驗測得該反應(yīng)速率方程(以N
2O為基準(zhǔn))為v(N
2O)=kp
2(NO)p(H
2),k=5.6×10
-12Pa
-2?s
-1。某時刻測得體系中NO的分壓為2.0kPa,則此時的反應(yīng)速率為
2.24×10-11
2.24×10-11
Pa?s
-1.
(2)NH
3-SCR脫硝
在有氧和新型催化劑作用下,NO
x和NH
3可以反應(yīng)生成N
2。將一定比例的O
2、NO
x和NH
3通入裝有新型催化劑的反應(yīng)器。測得相同時間內(nèi)NO
x的去除率隨溫度變化如圖所示。
在50~250℃范圍內(nèi),NO
x的去除率先快速上升后變緩的主要原因是
迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高增大,與溫度升高共同使NOx去除反應(yīng)速率迅速增大;上升階段緩慢主要是溫度升高引起的NOx去除反應(yīng)速率增大但是催化劑活性下降
迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高增大,與溫度升高共同使NOx去除反應(yīng)速率迅速增大;上升階段緩慢主要是溫度升高引起的NOx去除反應(yīng)速率增大但是催化劑活性下降
;380℃后去除率下降的可能原因是
氨氣和氧氣發(fā)生了副反應(yīng)或催化劑活性降低或升高溫度平衡逆向移動
氨氣和氧氣發(fā)生了副反應(yīng)或催化劑活性降低或升高溫度平衡逆向移動
。
(3)工業(yè)上可用“氨催化氧化法”生產(chǎn)NO,以氨氣、氧氣為原料,在催化劑存在下生成NO和副產(chǎn)物N
2的化學(xué)方程式如下:
Ⅰ.4HN
3(g)+5O
2(g)?4NO(g)+6H
2O(g)
Ⅱ.4HN
3(g)+3O
2(g)?2N
2(g)+6H
2O(g)
已知:有效轉(zhuǎn)化率=
×100%
在IL恒容密閉容器中充入1mol NH
3、1.45mol O
2,在催化劑作用下發(fā)生兩個競爭反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ,測得不同溫度下反應(yīng)相同時間有關(guān)物質(zhì)的量關(guān)系如圖所示。
①520℃時,NH
3的有效轉(zhuǎn)化率=
33.3%
33.3%
。(保留1位小數(shù))
②工業(yè)用氨催化氧化制備HNO
3,選擇的最佳溫度是
840℃
840℃
。
③520℃時,反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)K=
1.14
1.14
mol?L
-1。(保留3位有效數(shù)字)