基于元素觀的NOx脫硝處理專題復習

韓建豐 高凌蕊

(1.北京市廣渠門中學;2.首都師范大學第二附屬中學)

元素化合物是高考化學試題的直接考點和融合化學反應原理、結構化學等知識的載體。元素化合物的考查具有內容豐富、情境真實、鏈接前沿等特點,基于元素觀的建構與應用有助于學生真正掌握、理解、解決相關問題。依據《義務教育化學課程標準》(2022年版)和《普通高中化學課程標準》(2017年版2020年修訂)可明確化學核心觀念問題:世界是由物質構成而物質是由元素組成。作為參與自然循環的重要非金屬元素,氮及其化合物的結構、性質、用途是高中化學學習與考查、社會關注及生產生活中應用的重要無機物族系。梳理近年來高考試題可發現,基于元素觀的NOx(主要為NO、NO2)脫硝處理考查一直是高考的難點、熱點和STSE融合點。

我家做小生意，媽在家賣零售飼料，爸幾乎每天去附近的城市跑生意。爸媽因為小時候家庭條件不好，都沒讀很多書。我知道，他們對我的期望很高。媽常對我說，她和我爸辛苦，一輩子吃虧在沒知識沒文化。

1.利用脫硝建構元素觀

元素化合物相關知識統領了高中化學知識體系,在備考中要關注到Na、Fe、Al、Cl、S、N、Si等七大元素及其化合物的性質、用途、轉化、制備的知識和概念,它們作為知識載體往往是綜合試題的題干和素材,因而學生在高三化學總復習中務必要形成完整的“化學元素觀”。學生在高三前已經以“價—類”二維觀念建構研究無機物性質(價態性質—氧化性或還原性;類別性質—酸性、堿性、酸性氧化物性質等)的一般思路和方法,能夠從無機物中的元素角度使高中知識系統化、結構化。高三階段需要對“元素觀”有進一步提升,即基于解決實際問題的元素視角融合原理、結構等無機化學概念的相關內容進行深入認識和綜合分析。NOx脫硝處理是學生基于元素觀進行深入整理和認知的素材,在全國各地近年來的高考題、模擬題中出現頻繁。NO、NO2有獨特的結構特點、物理性質及化學性質,學生可以應用以上“元素觀”預測它們與其他物質的反應、轉化的過程,結合脫硝本身是極其重要的工藝過程,對人類生活和社會發展有重要意義,可知將NOx脫硝處理作為專題復習很有必要性。以NOx脫硝為例建構元素觀,見圖1。

2.脫硝中的元素觀考查

隨著科技與現代工業的發展,氮氧化物(NOx)的污染問題已成為全世界范圍內面臨的社會問題,因其危害(酸雨、光化學煙霧、霧霾、臭氧層破壞等)較大,NOx脫硝處理(轉變為其他易處理的含氮化合物或變廢為寶)在近十年中一直是各大科研機構研究熱點,四新高考背景下這些研究成果也進入了試卷中。試題考查方向,見表1。

表1 脫硝技術考查方向

2.1 NOx產生機理

燃料型機理:若燃料中含氮元素物質(如煤),則在燃料燃燒時與氧氣反應直接生成NOx,燃煤發電或燃煤提供熱量是產生NOx的主要途徑。熱力型機理:空氣中的氧氣和氮氣在燃料燃燒中受高溫環境影響,生成NOx,燃油汽車發動機工作時產生大量NOx。快速型機理:燃料燃燒時氮氣與產生的碳氫離子團(碳氫自由基:CH)碰撞生成中間體HCN、CN-等,再快速和氧氣反應生成NOx。

燃煤煙氣和汽車尾氣是NOx最大來源。通過產生機理反向治理源頭是最佳的脫硝方法,可以采取的方法是降低燃料中氮元素含量和降低反應溫度。另外最常見的方法為末端處理,即將已產生的NOx在未排放時進行處理,按脫硝工藝可分為濕法、干法。典型濕法脫硝工藝見表2。

表2 常見末端濕法脫硝工藝

2.2 干法脫硝SCR工藝

干法脫硝即氣相中還原劑與NOx發生氧化還原反應,生成無害氮氣。目前世界上最廣泛使用的傳統干法脫硝為:選擇性催化還原法(SCR)。原理:以氨氣(NH3)或尿素為還原劑,在具有高選擇性的金屬催化劑(Ⅰ:NH3可以和剩余O2反應;Ⅱ:NH3可以和NOx反應,選擇性作用下主要發生Ⅱ)作用下將NOx還原為無污染的N2和H2O。SCR中催化劑常以TiO2作載體,以V2O5為活性物質。

研究組行MRI診斷，操作如下：采用Philips 1.5T的MRI設備，患者受檢之前需禁止飲食、飲水，掃描層厚參數為8mm，掃描間隔參數為1mm，檢查時，靜脈注射15ml對比劑。操作者需密切留意患者癌變性質，并對影像特征進行分析。

【例1】(熱化學考點——蓋斯定律)SCR工藝中涉及以下熱化學反應,求ΔH2。

ΔH1=-907 kJ/mol

ΔH2

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

權值矩陣W中連接權重wii′表示像素間空間和光譜測度的相關性，wii′≠ 0表明像素i與i′間存在某種程度的相似關系，反之，兩者無關.設wii′=Eii′sii′，當像素i與i′不連接(Eii′=0)時，連接權重wii′=0，當像素i與i′相連(Eii′=1)時，連接權重wii′=sii′，其中，sii′為像素i與i′間光譜測度的相似度，滿足對稱性si′i=sii′，并定義為，

【例2】(無機考點——陌生方程式書寫)SCR工藝中若用尿素CO(NH2)2作還原劑,寫出還原NO2的化學方程式。

SCR脫硝作為研究重點,科學家一直在研究上做出突破,除了氨氣外,各種還原性氣體都處在實驗改進中。

圖2 NO的轉化率與溫度的關系

【分析】由圖可知,在相同時間和相同溫度下,NO轉化率在乙催化劑下更高,因而選乙;在M點的溫度下,甲催化劑下NO轉化率<乙催化劑下NO轉化率,又由催化劑不影響平衡可知,M點一定未達到平衡。

綜上，本實驗以白及成熟蒴果為外植體對白及組織培養進行了研究。實驗結果發現，1∕2MS培養基和適當的光照可使種子萌發速度快，長勢好。在增殖過程中，NAA對白及的增殖影響最大，其次是KT，最優組合為MS+6-BA 1.00 mg∕L+NAA 0.05 mg∕L+KT 1.00 mg∕L，增殖系數達到1.83。生根過程中，NAA的濃度對生根率和每株試管苗生根數影響最大，本實驗中白及生根的最優組合為1∕2MS+NAA 1.0 mg∕L+GA30.5 mg∕L+番茄汁100 g∕L。

3.變式考查

3.1 干法脫硝NSR工藝

【例8】(無機考點——陌生方程式書寫、催化劑機理)未來可用乙烯作為還原劑脫硝(NO)。機理見圖7,請寫出總反應化學方程式。

圖3 NSR示意圖

【例5】(無機考點——定量計算)NOx“儲存”過程發生化學變化,寫出該過程參加反應的NO和O2的體積比(同溫同壓)。

【分析】“儲存”是NO、O2、BaO發生氧化還原反應的過程,氧化劑O2、還原劑NO,根據關系式:O2～4e-;NO～3e-,建立關系式:4NO～3O2,NO和O2物質的量之比為4∶3,同溫同壓下體積比為4∶3。

3.2 濕法脫硝工藝

【例6】(無機考點——陌生方程式書寫、催化劑機理、定量計算)按要求作答。

①NO2用Na2CO3溶液吸收發生歧化反應,寫出該反應的離子方程式。

【例7】(原理考點——電極反應式書寫)按要求作答。

③NO/H2混合氣通入Ce3+/Ce4+混合溶液,物質轉化見圖4。寫出總反應化學方程式。

圖4

3.3 電化學法脫硝

②NO和NO2物質的量之比=3∶2時,用Na2CO3和H2O2混合溶液吸收效果好,寫出該反應的離子方程式。

為了解廣西企業融資情況，中國人民銀行南寧中心支行對廣西全區163家企業（大型企業37家、中型企業73家、小微型企業53家，其中國有35家，民營106家，外商19家，集體3家）開展問卷調查并對全區50家重點扶持企業進行實地走訪，同時對全區151家銀行業金融機構（含21家省級分行、130家地市級分行）進行問卷調查。調查結果顯示：2018年以來，廣西銀行業金融機構保持對企業融資的支持力度，但由于宏觀政策環境、信貸投放行業取向、融資渠道單一、企業自身條件等因素綜合影響，不同行業、不同類型和不同性質企業仍存在不同程度的融資難融資貴問題。

MS與MS(BB)的差值來源主要有兩點：一是公式中常數的區別；而是量取的對象，MS量取的是仿真為SK長周期地震計的地面位移，而MS(BB)量取的是不仿真的地面速度。前者的差值為系統差值，后者的差值包含系統誤差和量取時的誤差，難以界定大小。

①電解法處理NO煙氣原理見圖5。寫出電極a的電極反應式;當通過電路的電子為3 mol時,電解煙氣的體積(NO含量10%,標準狀況)。

圖5

一體化實踐教學是指通過整合實踐教學環節，制定學生培養目標體系并通過教學環節維持日常工作的運轉。較之于傳統教學模式的分散性、斷層性的弊端，一體化教學模式具有全程化、漸進性、訓練性、整合性的特點，它有助于理論與實踐脫節等教學問題的解決，提高教學質量。一體化實踐教學體系借鑒集中較為先進的實踐教學模式，如德國FH“企業主導型”實踐教學模式、加拿大“能力為基礎的教育”實踐教學模式、英國“資格證書體系推動型”實踐教學模式、香港“工業訓練中心型”實踐教學模式。旅游管理專業一體化實踐教學更好地適應新形勢下旅游業發展的需求。

圖6

②P—g-C3N4作催化劑的光催化氧化法脫除NO,見圖6。根據圖示寫出P端、g-C3N4端的電極反應(酸性環境)。

3.4 SCR的變革

NSR即NOx的儲存和還原分開進行,見圖3。NOx在不同時段交替進行儲存和還原。優點在于較高流速下NOx先儲存防止泄漏、集中處理便捷高效等。

據了解，目前，在院前篩查預防方面，已經上線了卒中助手小程序，提供篩查和健康指導服務。在院內診療方面，研發腦卒中醫聯體平臺，初步實現卒中地圖、質控、會診教學和病歷語音輸入功能。會診方面，實現了華山和五院雙方HIS數據、視頻和影像互傳互動，已經開始使用。卒中地圖方面，目前已經針對五院和四家閔行社區的局面做了數據分布圖，下一步將結合整個閔行數據做數據分布計算。在院后康復方面，根據患者康復數據，研發了人群相似模型和預后分析模型，并研發了康復云平臺提供使用。

圖7

3.5 跨學科脫硝

生物和化學:氮元素參與自然界循環,植物體內氮元素轉化包含:有機氮的合成、氨化作用、硝化作用、反硝化作用和固氮作用。這是化學與生物學科共同探討的問題。微生物脫硝法即利用脫氮菌在碳源作用下將NOx還原為N2,對應自然界氮循環中的反硝化作用即硝酸鹽轉化為氮氣。該法目前直接應用還有菌落培養不易、不能大量處理等問題,但必然會成為未來脫硝的主流綠色方法。微生物脫硝法需要條件:①反硝化微生物(如反硝化硫桿菌);②電子供體(如有機碳源:葡萄糖C6H12O6);③厭氧條件;④NOx(氮源)。

留學生的母語及母語文化是自幼習得的，在學習漢語時，母語及其文化會與漢語及中國文化發生沖突，產生干擾和影響，即負遷移。比如第3題“你說的是小楊吧。他呀，說得比唱得還好聽。這句話的意思是什么”，有位德國學生選了“A.小楊的聲音很好聽”，因為在德國，如果某人唱歌不好，人們就安慰他說“你的聲音很好聽”。又比如第8題“老王干活很勤快，你表揚他，你怎么說”，有位日本學生反映道，在日語里，很少有用“老黃牛”比喻人的，所以她根本沒想到應該選“C.老王干活像頭老黃牛一樣”。這都是學生母語文化對漢語語用習得的負遷移。

【分析】結合跨學科綜合素養的考查。遷移運用知識,按要求完成作答:

圍繞學校應用型人才培養目標，通過把教學內容(使用Dreamweaver軟件制作網頁)、教學軟件(Dreamweaver)、教學網站(包含課件、大綱、案例、項目等內容)等常規分離的教學項目合并到教師團隊構建的真實的網絡學習平臺中，精選教學內容，改進教學方法，實現學校人才培養目標與學生的能力培養的統一，把知識學習與能力培養始終貫穿在真實的網絡學習平臺中，實現課堂內外學習環境的統一，促進學生繼續深入學習相關知識.詳見圖1.

軍功爵制并非封建社會爵位授予制度的首創，最早出現于春秋，確立于戰國。在軍功爵制出現之前，就出現了“天子一位，公一位，候一位，伯一位，子、男同一位，凡五等也。”[1]P217事實上在其出現以前，歷史上已經廣泛存在著另一種授爵制度，既廣為流傳的“王者之制祿爵，公侯伯子男凡五等”[2]P309的五等爵制。在這種制度下，貴族享有對國家的統治權，廣大人民都在其統治之下：“封略之內，何非君土，食土之毛，誰非君臣”[3]P1284或曰：“溥天之下，莫非王土。率土之濱，莫非王臣。”[4]P312

物理和化學:電子束脫硝法是最先進的方法。電子束為電子發射器中的陰極產生電子,通過陰陽極間的高壓電場進行加速最后在透鏡會聚作用下形成密集高速電子流,NOx在電子束作用下容易得到/失去電子直接生成硝酸銨。

【例10】(跨學科考點——物理情境)結合電子束脫硝法寫出NOx的氧化和還原反應。

本文擬以Fugate的就業能力指標作為依據和參考，以職業認同感、社會資本、個體適應力、人力資本為評價標準，在此基礎上，細分為自信心、市場意識、技能、健康、交際范圍、人際交往的主動性等十五個指標對新生代農民工就業能力進行探究和評價。運用AHP法分別計算出每個一級指標和二級指標的權重，據此了解和分析不同的指標變量對新生代農民工就業能力是否存在影響、影響的程度，以及影響的規律性，在此基礎上進而探討在不同方面、不同條件下如何逐步提高新生代農民工就業能力的建議。

4.建議

脫硝考查學生對元素觀的整體認知,N元素及其化合物的結構化復習可以采取脫硝作為情境素材,其他元素及化合物也均能找到較好的著力點助力學生構建、應用元素觀,見表3。表中情境素材舉例為各元素及其化合物的科學研究和應用的前沿熱點,例如脫硫——二氧化硫作為污染物應予以脫除類似于脫硝,脫硫、脫硝和脫磷是環境治理和保護的關鍵問題,應用元素觀進行復習時,應結合“脫硫”關鍵詞進行習題整理和歸納,在其中形成硫及其化合物的性質、轉化、應用、制取等相關知識后遷移至脫硫工藝問題的解決,在解決實際問題背景下加深元素化合物和化學反應原理、有機化學、結構化學的融合理解和深度應用,從而形成科學的、融合的化學知識體系和化學觀念與思想。

利用好實際情境素材統領元素化合物復習的路徑明確、優勢突出,學生在建構和應用元素觀過程中交叉應用化學知識、能力,融合貫通高中化學核心內容,使化學核心素養落地。