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【題目】科學家尋找高效催化劑,通過如下反應實現大氣污染物轉化:

(1)NH3作為一種重要化工原料,被大量應用于工業(yè)生產,與其有關性質反應的催化劑研究曾被列入國家863計劃。在恒溫恒容裝置中充入一定量的NH3O2,在某催化劑的作用下進行反應4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g) +6H2O(g) H0,測得不同時間的NH3O2的濃度如下表:

時間(min)

0

5

10

15

20

25

c(NH3)/mol·L-1

1.00

0.36

0.12

0.08

0. 0072

0.0072

c(O2)/mol·L-1

2.00

1.20

0.90

0.85

0.84

0.84

①前10分鐘內的平均速率v(NO)=___________________mol·L-1·min-1

②下列有關敘述中正確的是______________

A.使用催化劑時,可降低該反應的活化能,加快其反應速率

B.若測得容器內4v(NH3)=6v(H2O)時,說明反應已達平衡

C.當容器內氣體的密度不變時,說明反應已達平衡

D.若該反應的平衡常數K值變大,在平衡移動過程中正反應速率先增大后減小

(2)氨催化氧化時會發(fā)生下述兩個競爭反應I、II。催化劑常具有較強的選擇性,即專一性。

已知:反應I 4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g) +6H2O(g) H0

反應 II4NH3(g)+3O2(g) 2N2(g) +6H2O(g) H0

為分析某催化劑對該反應的選擇性,在1L密閉容器中充入1 mol NH32mol O2,測得有關物質的量關系如圖:

①該催化劑在高溫時選擇反應____________ (“ I ”“ II”)

②反應I的活化能Ea()________ Ea() (小于”“等于大于”)。

520℃時,4NH3(g)+5O24NO(g)+6H2O(g)的平衡常數K=________________ (不要求得出計算結果,只需列出數字計算式)。

C點比B點所產生的NO的物質的量少的主要原因_________________________

(3)羥胺(NH2OH)的電子式_____________,羥胺是一種還原劑,可用作顯像劑還原溴化銀生成銀單質和氮氣,該反應的化學方程式為________________________________________。現用25.00mL0.049mol/L的羥胺的酸性溶液跟足量的硫酸鐵溶液在煮沸條件下反應,生成的Fe2+恰好與24.50mL 0.020mol/LKMnO4酸性溶液完全作用,則在上述反應中,羥胺的氧化產物是________________________。

【答案】0.088 A 小于 0.24×0.96/(0.44×1.455) 溫度升高,催化劑的活性減弱,相同時間生成的NO減少(該反應為放熱反應,當溫度升高,平衡向左(逆反應)移動) 2NH2OH+2AgBr==N2↑+2Ag↓+2HBr+2H2O N2O

【解析】

(1)①可以計算出氨氣或氧氣的速率,根據速率比等于化學計量數之比,算出NO的速率;

A.催化劑可以同等程度的降低正逆反應的活化能,加快其反應速率,故A正確;

B.正逆反應速率比不等于化學計量數之比,未達平衡,故B錯誤;

C.T、V、m(總)一定,密度一定,不能作為判斷是否平衡的依據,故C錯誤;

D.因為正反應放熱反應,若該反應的平衡常數K值變大,說明在降溫,平衡移動過程中正反應速率減小,故D錯誤;

(2)①由圖可知,該催化劑在高溫時,生成的NO物質的量遠大于氮氣的,故該催化劑在高溫下選擇反應I;

②根據△H判斷;

③在 1L 密閉容器中充入 1mol NH3和 2mol O2,520℃平衡時n(NO)=n(N2)=0.2mol,則:
4NH3(g)+5O24NO(g)+6H2O(g)
變化(mol ): 0.20.25 0.20.3
4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)
變化(mol ):0.40.30.20.6
故平衡時,n(NH3)=1mol-0.2mol-0.4mol=0.4mol,n(O2)=2mol-0.25mol-

0.3mol=1.45mol,n(H2O)=0.3mol+0.6mol=0.9mol,由于容器體積為1L,利用物質的量代替濃度計算平衡常數;

④該反應為放熱反應,當溫度升高,平衡向左(逆反應)移動;

(3) 根據穩(wěn)定結構書寫羥胺(NH2OH)的電子式;反應物羥胺和溴化銀,產物銀單質和氮氣,書寫化學方程式;關系式法計算;

(1)①v(NH3)=(1.00-0.12)/10=0.088 mol·L-1·min-1, 根據速率比等于化學計量數之比,算出NO的速率v(NO)=0.088 mol·L-1·min-1。

正確答案:0.088

A.催化劑可以同等程度的降低正逆反應的活化能,加快其反應速率,故A正確;

B.正逆反應速率比不等于化學計量數之比,未達平衡,故B錯誤;

C.T、Vm(總)一定,密度一定,不能作為判斷是否平衡的依據,故C錯誤;

D.因為正反應放熱反應,若該反應的平衡常數K值變大,說明在降溫,平衡移動過程中正反應速率減小,故D錯誤;

正確答案:A。

(2)①由圖可知,該催化劑在高溫時,生成的NO物質的量遠大于氮氣的,故該催化劑在高溫下選擇反應I;

正確答案:Ⅰ

②因為△H= Ea()- Ea() <0,所以Ea()Ea();

正確答案:<。

③在 1L 密閉容器中充入 1mol NH3和 2mol O2,520℃平衡時n(NO)=n(N2)=0.2mol,則:
4NH3(g)+5O24NO(g)+6H2O(g)
變化(mol ): 0.20.25 0.20.3
4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)
變化(mol ):0.40.30.20.6
故平衡時,n(NH3)=1mol-0.2mol-0.4mol=0.4mol,n(O2)=2mol-0.25mol-

0.3mol=1.45mol,n(H2O)=0.3mol+0.6mol=0.9mol,n(NO)=0.2mol由于容器體積為1L,利用物質的量代替濃度計算平衡常數K=0.24×0.96/(0.44×1.455);

正確答案:0.24×0.96/(0.44×1.455)。

④該反應為放熱反應,當溫度升高,平衡向左(逆反應)移動;

正確答案:溫度升高,催化劑的活性減弱,相同時間生成的NO減少(該反應為放熱反應,當溫度升高,平衡向左(逆反應)移動)。

(3) 根據穩(wěn)定結構書寫羥胺(NH2OH)的電子式;反應物羥胺和溴化銀,產物銀單質和氮氣,書寫化學方程式2NH2OH+2AgBr==N2↑+2Ag↓+2HBr+2H2O;羥胺失去的電子數等于高錳酸鉀得到的電子數,設羥胺氧化產物的化合價為+x,列等式5×24.50mL ×0.020mol/L=x+1×25.00mL×0.049mol/L,得x=1,故氧化產物為N2O;

正確答案: 2NH2OH+2AgBr==N2↑+2Ag↓+2HBr+2H2O N2O

練習冊系列答案
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編號

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1

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2

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3

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②通過實驗1和3,可得出原電池的形成條件是______________________________。

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Zn棒:______________________________。

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