Question

【題目】在生產(chǎn)生活中氮及其化合物的應用和處理已引起廣泛關注。

（1）合成氨的反應原理為N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH = -92.4 kJ/mol，如下圖所示，將6 mol N2和14 mol H2充入一容積可變的密閉容器中發(fā)生反應，反應開始時活塞的位置如圖1所示，當反應達到平衡時，活塞位置如圖2所示，下列表述能用來判斷圖2所示狀態(tài)已達平衡的是________，則該條件下反應的平衡常數(shù)為________。

A．活塞不再移動 B．容器內氣體壓強不再改變

C．容器內氣體密度不再改變 D．容器內氣體的平均分子質量不再改變

（2）研究者通過探索，發(fā)現(xiàn)利用反向燃料電池可以在溫和的條件下將電解水制氫與氮、氫反應制氨合并（即將電解產(chǎn)生的活性氫作為中間產(chǎn)物直接還原氮氣），其工作原理示意圖如下：寫出陰極電極方程式________。

（3）SCR法是工業(yè)上消除氮氧化物的常用方法，反應原理為：4NH3(g)+4NO(g)+ O2(g)4N2(g)+6H2O(g)，

①已知4NH3(g)+ 3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) ΔH1 = -1269.0 kJ/mol；

N2(g)+ O2(g)2NO(g) ΔH2 = +180.8 kJ/mol

則反應4NH3(g)+4NO(g)+ O2(g)4N2(g)+6H2O(g)的ΔH = ________。

②將一定比例的O2、NH3和NOx的混合氣體，勻速通入裝有催化劑M的反應容器中反應10時測得NOx的去除率隨反應溫度的變化曲線如下圖所示，請解釋當反應溫度高于380℃時NOx的去除率隨溫度升高先迅速下降后緩慢下降的原因________。

③請在下圖中畫出反應8min時NOx的去除率隨溫度變化的曲線。___

Answer 1

【答案】ACD 0.5 N2 + 6H++6e- = 2NH3 -1630.6 kJ/mol 快速下降：催化劑活性下降；發(fā)生了副反應，NH3與O2反應生成了NO。緩慢下降：溫度較高時速率較快，此時反應已達平衡，因反應放熱，隨溫度升高平衡左移

【解析】

（1）根據(jù)反應達到平衡時，各組分的物質的量、百分含量保持不變進行分析；同溫同壓下，體積之比等于物質的量之比，據(jù)此計算平衡后反應混合氣體的物質的量，利用差量法計算參加反應的氮氣的物質的量，再利用三段式計算平衡時各組分的物質的量，計算各組分平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算；

（2）電解池原理中，陰極區(qū)氮氣發(fā)生還原反應生成氨氣；

（3）根據(jù)蓋斯定律分析計算；

（4）剛開始時催化劑活性降低且有副產(chǎn)物，反應放熱，隨后溫度升高不利于NOx的去除，據(jù)此分析作答。

（1）A. 容積可變的密閉容器，當活塞不在移動，說明各組分的濃度和體積不再發(fā)生變化，即達到平衡狀態(tài)，故A項正確；

B. 容積可變的密閉容器內氣體的壓強始終不變，則氣體的壓強不變不能說明是否已達到平衡狀態(tài)，故B項錯誤；

C. 容器內氣體密度 = ，因氣體的總質量保持不變，氣體的體積隨著反應的進行會發(fā)生變化，因此當容器內氣體密度保持不變時，說明已經(jīng)達到平衡狀態(tài)，故C項正確；

D. 平均分子質量 = ，反應體系是氣體的總物質的量減小的反應，因此當容器內的氣體平均分子質量保持不變時，說明已經(jīng)達到平衡狀態(tài)，故D項正確；

故答案選ACD。

同溫同壓下，氣體的體積之比等于物質的量之比，因氣體的體積從圖示1到圖示2減少量為10 L-8 L = 2 L，則氣體物質的量減少× 2 L = 4 mol，則

N2（g）+3H2（g）2NH3（g） 物質的量減少△n
1 2
n（N2） 4 mol
故n（N2）=4mol× = 2mol，列出三段式如下：

則8 L的容器內所得的氮氣、氫氣、氨氣的平衡濃度分別為0.5mol/L、1mol/L、0.5mol/L，根據(jù)平衡常數(shù)的定義可知，K = = 0.5，

故答案為：ACD；0.5；

（2）根據(jù)題意，將電解產(chǎn)生的活性氫作為中間產(chǎn)物直接還原氮氣，其陰極發(fā)生還原反應，電極反應式為：N2 + 6H++6e- = 2NH3，

故答案為：N2 + 6H++6e- = 2NH3；

（3）①4NH3(g)+ 3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) ΔH1 = -1269.0 kJ/mol ①；

N2(g)+ O2(g)2NO(g) ΔH2 = +180.8 kJ/mol ②，

根據(jù)蓋斯定律可知，反應①-2反應②即可得到目標化學反應方程式4NH3(g) + 4NO(g) + O2(g)4N2(g)+6H2O(g)，即ΔH = ΔH1-2ΔH2 = -1269.0 kJ/mol - 2×180.8 kJ/mol = -1630.6 kJ/mol，

故答案為-1630.6 kJ/mol；

②快速下降的原因為：催化劑活性下降；發(fā)生了副反應，NH3與O2反應生成了NO。緩慢下降：溫度較高時速率較快，此時反應已達平衡，因反應放熱，隨溫度升高平衡左移，

故答案為：快速下降：催化劑活性下降；發(fā)生了副反應，NH3與O2反應生成了NO。緩慢下降：溫度較高時速率較快，此時反應已達平衡，因反應放熱，隨溫度升高平衡左移，；

③同一溫度下反應到8 min 時NOx的初始濃度較10 min的高，則去除率比反應10 min的去除率略低，最終去除率趨于一致，其變化曲線如下(紅線部分)：

,

故答案為：