Question

4．催化劑是在化學反應前后質量和化學性質不變的物質，研究表明催化劑有吸附和解吸過程．
（1）鐵通過對N₂、H₂吸附和解吸可作為合成氨的固體催化劑．若用分別表示N₂、H₂、NH₃和固體催化劑，則在固體催化劑表面合成氨的過程可用圖1表示：

①吸附后，能量狀態(tài)最低的是C（填字母序號）．
②由上述原理，在鐵表面進行NH₃的分解實驗，發(fā)現(xiàn)分解速率與濃度關系如圖2．從吸附和解吸過程分析，c₀前速率增加的原因可能是隨著氣相NH₃濃度的增加，催化劑的吸附率升高，固相NH₃濃度增加，NH₃的分解速率加快；c₀后速率降低的原因可能是催化劑吸附達到飽和，同時不利于解吸，NH₃的分解速率降低．
（2）二氧化錳可以作為過氧化氫分解的催化劑，請寫出在酸性條件下二氧化錳參與過氧化氫分解的離子反應方程式：MnO₂+H₂O₂+2H⁺=Mn²⁺+2H₂O+O₂↑、Mn²⁺+H₂O₂=MnO₂↓+2H⁺．
（3）將等物質的量的N₂、H₂放入一密閉容器中發(fā)生反應，達到平衡后，N₂的體積分數(shù)為50%．

Answer 1

分析 （1）①化學鍵的斷裂要吸收能量，且該反應放熱；
②c₀前氨的濃度增加，導致反應速率加快；c₀后由于氨分子濃度太大阻礙N₂和H₂的解吸；
（2）根據二氧化錳有氧化性，將過氧化氫氧化生成氧氣，生成的錳離子又3被過氧化氫氧化到+4價的二氧化錳；
（3）設氮氣氫氣的初始量為1mol，反應氮氣x，根據三段式計算平衡時各物質的量，計算氮氣的體積分數(shù)．

解答 解：（1）①由于化學鍵的斷裂要吸收能量，故活化狀態(tài)B的能量高于初始狀態(tài)A的能量，而此反應為放熱反應，故初始狀態(tài)A的能量高于末態(tài)C的能量，故C的能量最低；
故答案為：C；
②c₀前氨的濃度增加，導致反應速率加快；c₀后由于氨分子濃度太大阻礙N₂和H₂的解吸，故反應速率減慢；
故答案為：隨著氣相NH₃濃度的增加，催化劑的吸附率升高，固相NH₃濃度增加，NH₃的分解速率加快；催化劑吸附達到飽和，同時不利于解吸，NH₃的分解速率降低；
（2）二氧化錳有氧化性，將過氧化氫氧化生成氧氣，生成的錳離子又3被過氧化氫氧化到+4價的二氧化錳，所以反應為：MnO₂+H₂O₂+2H⁺=Mn²⁺+2H₂O+O₂↑； Mn²⁺+H₂O₂=MnO₂↓+2H⁺；
故答案為：MnO₂+H₂O₂+2H⁺=Mn²⁺+2H₂O+O₂↑； Mn²⁺+H₂O₂=MnO₂↓+2H⁺
（3）設氮氣氫氣的初始量為1mol，反應氮氣x，根據三段式：
                        N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：1           1                 0
轉化量（mol）：x           3x               2x
平衡量（mol）：1-x         1-3x            2x
則N₂的體積分數(shù)為$\frac{1-x}{1-x+1-3x+2x}$×100%=$\frac{1-x}{2×（1-x）}$×100%=50%；
答案為：50%．

點評 本題考查化學平衡計算、催化劑在反應中的作用，側重考查學生分析計算能力，正確解讀題目給出的信息是解決信息性題目的關鍵，要善于從信息中捕捉最有效的信息用來處理問題題目，難度中等．