基于元素观的NOx脱硝处理专题复习

韩建丰 高凌蕊

(1.北京市广渠门中学;2.首都师范大学第二附属中学)

元素化合物是高考化学试题的直接考点和融合化学反应原理、结构化学等知识的载体。元素化合物的考查具有内容丰富、情境真实、链接前沿等特点,基于元素观的建构与应用有助于学生真正掌握、理解、解决相关问题。依据《义务教育化学课程标准》(2022年版)和《普通高中化学课程标准》(2017年版2020年修订)可明确化学核心观念问题:世界是由物质构成而物质是由元素组成。作为参与自然循环的重要非金属元素,氮及其化合物的结构、性质、用途是高中化学学习与考查、社会关注及生产生活中应用的重要无机物族系。梳理近年来高考试题可发现,基于元素观的NOx(主要为NO、NO2)脱硝处理考查一直是高考的难点、热点和STSE融合点。

我家做小生意，妈在家卖零售饲料，爸几乎每天去附近的城市跑生意。爸妈因为小时候家庭条件不好，都没读很多书。我知道，他们对我的期望很高。妈常对我说，她和我爸辛苦，一辈子吃亏在没知识没文化。

1.利用脱硝建构元素观

元素化合物相关知识统领了高中化学知识体系,在备考中要关注到Na、Fe、Al、Cl、S、N、Si等七大元素及其化合物的性质、用途、转化、制备的知识和概念,它们作为知识载体往往是综合试题的题干和素材,因而学生在高三化学总复习中务必要形成完整的“化学元素观”。学生在高三前已经以“价—类”二维观念建构研究无机物性质(价态性质—氧化性或还原性;类别性质—酸性、碱性、酸性氧化物性质等)的一般思路和方法,能够从无机物中的元素角度使高中知识系统化、结构化。高三阶段需要对“元素观”有进一步提升,即基于解决实际问题的元素视角融合原理、结构等无机化学概念的相关内容进行深入认识和综合分析。NOx脱硝处理是学生基于元素观进行深入整理和认知的素材,在全国各地近年来的高考题、模拟题中出现频繁。NO、NO2有独特的结构特点、物理性质及化学性质,学生可以应用以上“元素观”预测它们与其他物质的反应、转化的过程,结合脱硝本身是极其重要的工艺过程,对人类生活和社会发展有重要意义,可知将NOx脱硝处理作为专题复习很有必要性。以NOx脱硝为例建构元素观,见图1。

2.脱硝中的元素观考查

随着科技与现代工业的发展,氮氧化物(NOx)的污染问题已成为全世界范围内面临的社会问题,因其危害(酸雨、光化学烟雾、雾霾、臭氧层破坏等)较大,NOx脱硝处理(转变为其他易处理的含氮化合物或变废为宝)在近十年中一直是各大科研机构研究热点,四新高考背景下这些研究成果也进入了试卷中。试题考查方向,见表1。

表1 脱硝技术考查方向

2.1 NOx产生机理

燃料型机理:若燃料中含氮元素物质(如煤),则在燃料燃烧时与氧气反应直接生成NOx,燃煤发电或燃煤提供热量是产生NOx的主要途径。热力型机理:空气中的氧气和氮气在燃料燃烧中受高温环境影响,生成NOx,燃油汽车发动机工作时产生大量NOx。快速型机理:燃料燃烧时氮气与产生的碳氢离子团(碳氢自由基:CH)碰撞生成中间体HCN、CN-等,再快速和氧气反应生成NOx。

燃煤烟气和汽车尾气是NOx最大来源。通过产生机理反向治理源头是最佳的脱硝方法,可以采取的方法是降低燃料中氮元素含量和降低反应温度。另外最常见的方法为末端处理,即将已产生的NOx在未排放时进行处理,按脱硝工艺可分为湿法、干法。典型湿法脱硝工艺见表2。

表2 常见末端湿法脱硝工艺

2.2 干法脱硝SCR工艺

干法脱硝即气相中还原剂与NOx发生氧化还原反应,生成无害氮气。目前世界上最广泛使用的传统干法脱硝为:选择性催化还原法(SCR)。原理:以氨气(NH3)或尿素为还原剂,在具有高选择性的金属催化剂(Ⅰ:NH3可以和剩余O2反应;Ⅱ:NH3可以和NOx反应,选择性作用下主要发生Ⅱ)作用下将NOx还原为无污染的N2和H2O。SCR中催化剂常以TiO2作载体,以V2O5为活性物质。

研究组行MRI诊断，操作如下：采用Philips 1.5T的MRI设备，患者受检之前需禁止饮食、饮水，扫描层厚参数为8mm，扫描间隔参数为1mm，检查时，静脉注射15ml对比剂。操作者需密切留意患者癌变性质，并对影像特征进行分析。

【例1】(热化学考点——盖斯定律)SCR工艺中涉及以下热化学反应,求ΔH2。

ΔH1=-907 kJ/mol

ΔH2

【分析】由盖斯定律可求得方程式Ⅰ+5Ⅲ=Ⅱ,则ΔH2=ΔH1+5ΔH3=-1 807 kJ/mol。

权值矩阵W中连接权重wii′表示像素间空间和光谱测度的相关性，wii′≠ 0表明像素i与i′间存在某种程度的相似关系，反之，两者无关.设wii′=Eii′sii′，当像素i与i′不连接(Eii′=0)时，连接权重wii′=0，当像素i与i′相连(Eii′=1)时，连接权重wii′=sii′，其中，sii′为像素i与i′间光谱测度的相似度，满足对称性si′i=sii′，并定义为，

【例2】(无机考点——陌生方程式书写)SCR工艺中若用尿素CO(NH2)2作还原剂,写出还原NO2的化学方程式。

SCR脱硝作为研究重点,科学家一直在研究上做出突破,除了氨气外,各种还原性气体都处在实验改进中。

图2 NO的转化率与温度的关系

【分析】由图可知,在相同时间和相同温度下,NO转化率在乙催化剂下更高,因而选乙;在M点的温度下,甲催化剂下NO转化率<乙催化剂下NO转化率,又由催化剂不影响平衡可知,M点一定未达到平衡。

综上，本实验以白及成熟蒴果为外植体对白及组织培养进行了研究。实验结果发现，1∕2MS培养基和适当的光照可使种子萌发速度快，长势好。在增殖过程中，NAA对白及的增殖影响最大，其次是KT，最优组合为MS+6-BA 1.00 mg∕L+NAA 0.05 mg∕L+KT 1.00 mg∕L，增殖系数达到1.83。生根过程中，NAA的浓度对生根率和每株试管苗生根数影响最大，本实验中白及生根的最优组合为1∕2MS+NAA 1.0 mg∕L+GA30.5 mg∕L+番茄汁100 g∕L。

3.变式考查

3.1 干法脱硝NSR工艺

【例8】(无机考点——陌生方程式书写、催化剂机理)未来可用乙烯作为还原剂脱硝(NO)。机理见图7,请写出总反应化学方程式。

图3 NSR示意图

【例5】(无机考点——定量计算)NOx“储存”过程发生化学变化,写出该过程参加反应的NO和O2的体积比(同温同压)。

【分析】“储存”是NO、O2、BaO发生氧化还原反应的过程,氧化剂O2、还原剂NO,根据关系式:O2～4e-;NO～3e-,建立关系式:4NO～3O2,NO和O2物质的量之比为4∶3,同温同压下体积比为4∶3。

3.2 湿法脱硝工艺

【例6】(无机考点——陌生方程式书写、催化剂机理、定量计算)按要求作答。

①NO2用Na2CO3溶液吸收发生歧化反应,写出该反应的离子方程式。

【例7】(原理考点——电极反应式书写)按要求作答。

③NO/H2混合气通入Ce3+/Ce4+混合溶液,物质转化见图4。写出总反应化学方程式。

图4

3.3 电化学法脱硝

②NO和NO2物质的量之比=3∶2时,用Na2CO3和H2O2混合溶液吸收效果好,写出该反应的离子方程式。

为了解广西企业融资情况，中国人民银行南宁中心支行对广西全区163家企业（大型企业37家、中型企业73家、小微型企业53家，其中国有35家，民营106家，外商19家，集体3家）开展问卷调查并对全区50家重点扶持企业进行实地走访，同时对全区151家银行业金融机构（含21家省级分行、130家地市级分行）进行问卷调查。调查结果显示：2018年以来，广西银行业金融机构保持对企业融资的支持力度，但由于宏观政策环境、信贷投放行业取向、融资渠道单一、企业自身条件等因素综合影响，不同行业、不同类型和不同性质企业仍存在不同程度的融资难融资贵问题。

MS与MS(BB)的差值来源主要有两点：一是公式中常数的区别；而是量取的对象，MS量取的是仿真为SK长周期地震计的地面位移，而MS(BB)量取的是不仿真的地面速度。前者的差值为系统差值，后者的差值包含系统误差和量取时的误差，难以界定大小。

①电解法处理NO烟气原理见图5。写出电极a的电极反应式;当通过电路的电子为3 mol时,电解烟气的体积(NO含量10%,标准状况)。

图5

一体化实践教学是指通过整合实践教学环节，制定学生培养目标体系并通过教学环节维持日常工作的运转。较之于传统教学模式的分散性、断层性的弊端，一体化教学模式具有全程化、渐进性、训练性、整合性的特点，它有助于理论与实践脱节等教学问题的解决，提高教学质量。一体化实践教学体系借鉴集中较为先进的实践教学模式，如德国FH“企业主导型”实践教学模式、加拿大“能力为基础的教育”实践教学模式、英国“资格证书体系推动型”实践教学模式、香港“工业训练中心型”实践教学模式。旅游管理专业一体化实践教学更好地适应新形势下旅游业发展的需求。

图6

②P—g-C3N4作催化剂的光催化氧化法脱除NO,见图6。根据图示写出P端、g-C3N4端的电极反应(酸性环境)。

3.4 SCR的变革

NSR即NOx的储存和还原分开进行,见图3。NOx在不同时段交替进行储存和还原。优点在于较高流速下NOx先储存防止泄漏、集中处理便捷高效等。

据了解，目前，在院前筛查预防方面，已经上线了卒中助手小程序，提供筛查和健康指导服务。在院内诊疗方面，研发脑卒中医联体平台，初步实现卒中地图、质控、会诊教学和病历语音输入功能。会诊方面，实现了华山和五院双方HIS数据、视频和影像互传互动，已经开始使用。卒中地图方面，目前已经针对五院和四家闵行社区的局面做了数据分布图，下一步将结合整个闵行数据做数据分布计算。在院后康复方面，根据患者康复数据，研发了人群相似模型和预后分析模型，并研发了康复云平台提供使用。

图7

3.5 跨学科脱硝

生物和化学:氮元素参与自然界循环,植物体内氮元素转化包含:有机氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。这是化学与生物学科共同探讨的问题。微生物脱硝法即利用脱氮菌在碳源作用下将NOx还原为N2,对应自然界氮循环中的反硝化作用即硝酸盐转化为氮气。该法目前直接应用还有菌落培养不易、不能大量处理等问题,但必然会成为未来脱硝的主流绿色方法。微生物脱硝法需要条件:①反硝化微生物(如反硝化硫杆菌);②电子供体(如有机碳源:葡萄糖C6H12O6);③厌氧条件;④NOx(氮源)。

留学生的母语及母语文化是自幼习得的，在学习汉语时，母语及其文化会与汉语及中国文化发生冲突，产生干扰和影响，即负迁移。比如第3题“你说的是小杨吧。他呀，说得比唱得还好听。这句话的意思是什么”，有位德国学生选了“A.小杨的声音很好听”，因为在德国，如果某人唱歌不好，人们就安慰他说“你的声音很好听”。又比如第8题“老王干活很勤快，你表扬他，你怎么说”，有位日本学生反映道，在日语里，很少有用“老黄牛”比喻人的，所以她根本没想到应该选“C.老王干活像头老黄牛一样”。这都是学生母语文化对汉语语用习得的负迁移。

【分析】结合跨学科综合素养的考查。迁移运用知识,按要求完成作答:

围绕学校应用型人才培养目标，通过把教学内容(使用Dreamweaver软件制作网页)、教学软件(Dreamweaver)、教学网站(包含课件、大纲、案例、项目等内容)等常规分离的教学项目合并到教师团队构建的真实的网络学习平台中，精选教学内容，改进教学方法，实现学校人才培养目标与学生的能力培养的统一，把知识学习与能力培养始终贯穿在真实的网络学习平台中，实现课堂内外学习环境的统一，促进学生继续深入学习相关知识.详见图1.

军功爵制并非封建社会爵位授予制度的首创，最早出现于春秋，确立于战国。在军功爵制出现之前，就出现了“天子一位，公一位，候一位，伯一位，子、男同一位，凡五等也。”[1]P217事实上在其出现以前，历史上已经广泛存在着另一种授爵制度，既广为流传的“王者之制禄爵，公侯伯子男凡五等”[2]P309的五等爵制。在这种制度下，贵族享有对国家的统治权，广大人民都在其统治之下：“封略之内，何非君土，食土之毛，谁非君臣”[3]P1284或曰：“溥天之下，莫非王土。率土之滨，莫非王臣。”[4]P312

物理和化学:电子束脱硝法是最先进的方法。电子束为电子发射器中的阴极产生电子,通过阴阳极间的高压电场进行加速最后在透镜会聚作用下形成密集高速电子流,NOx在电子束作用下容易得到/失去电子直接生成硝酸铵。

【例10】(跨学科考点——物理情境)结合电子束脱硝法写出NOx的氧化和还原反应。

本文拟以Fugate的就业能力指标作为依据和参考，以职业认同感、社会资本、个体适应力、人力资本为评价标准，在此基础上，细分为自信心、市场意识、技能、健康、交际范围、人际交往的主动性等十五个指标对新生代农民工就业能力进行探究和评价。运用AHP法分别计算出每个一级指标和二级指标的权重，据此了解和分析不同的指标变量对新生代农民工就业能力是否存在影响、影响的程度，以及影响的规律性，在此基础上进而探讨在不同方面、不同条件下如何逐步提高新生代农民工就业能力的建议。

4.建议

脱硝考查学生对元素观的整体认知,N元素及其化合物的结构化复习可以采取脱硝作为情境素材,其他元素及化合物也均能找到较好的着力点助力学生构建、应用元素观,见表3。表中情境素材举例为各元素及其化合物的科学研究和应用的前沿热点,例如脱硫——二氧化硫作为污染物应予以脱除类似于脱硝,脱硫、脱硝和脱磷是环境治理和保护的关键问题,应用元素观进行复习时,应结合“脱硫”关键词进行习题整理和归纳,在其中形成硫及其化合物的性质、转化、应用、制取等相关知识后迁移至脱硫工艺问题的解决,在解决实际问题背景下加深元素化合物和化学反应原理、有机化学、结构化学的融合理解和深度应用,从而形成科学的、融合的化学知识体系和化学观念与思想。

利用好实际情境素材统领元素化合物复习的路径明确、优势突出,学生在建构和应用元素观过程中交叉应用化学知识、能力,融合贯通高中化学核心内容,使化学核心素养落地。