Question

【題目】游離態(tài)氮稱為惰性氮，游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮稱之為氮的活化，在氮的循環(huán)系統(tǒng)中，氮的過量“活化”，則活化氮開始向大氣和水體過量遷移，氮的循環(huán)平衡被打破，導致全球環(huán)境問題。

Ⅰ． 氮的活化

工業(yè)合成氨是氮的活化重要途徑之一，在一定條件下，將N2 和 H2 通入到體積為0.5L的恒容容器中，反應(yīng)過程中各物質(zhì)的物質(zhì)的量變化如圖所示：

（1）10min內(nèi)用NH3表示該反應(yīng)的平均速率，v（NH3）=____________。

（2）在第10min和第25min改變的條件可能分別是_________、________（填字母）。

A.加了催化劑 B. 升高溫度 C. 增加NH3的物質(zhì)的量

D.壓縮體積 E.分離出氨氣

（3）下列說法能說明該可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是__________（填字母）。

A. 容器中氣體密度不變 B. 容器中壓強不變

C. 3v(H2)正=2v(NH3)逆 D. N2、H2、NH3分子數(shù)之比為1∶3∶2

Ⅱ．催化轉(zhuǎn)化為惰性氮 已知：SO2、CO、NH3等都可以催化還原氮氧化物生成惰性氮。

（4）在250C、101KPa時，N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H1= -92.4kJ/mol.

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H2= -571.6 kJ/mol

N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H3= +180kJ/mol

則NO與NH3反應(yīng)生成惰性氮的熱化學方程式______________________________。

（5）在有氧條件下，新型催化劑M能催化CO與NOx反應(yīng)生成N2。現(xiàn)向某密閉容器中充入等物質(zhì)的量濃度的NO2和CO氣體，維持恒溫恒容，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)：

4CO(g)+2NO2(g)N2(g)+4CO2(g) △H＜0，相關(guān)數(shù)據(jù)如下：

	0min	5min	10min	15min	20min
c(NO2) /mol·L-1	2.0	1.7	1.56	1.5	1.5
c(N2) /mol·L-1	0	0.15	0.22	0.25	0.25

①計算此溫度下的化學平衡常數(shù)K=______，

②實驗室模擬電解法吸收NOx裝置如圖，（圖中電極均為石墨電極）。若用NO2氣體進行模擬電解法吸收實驗（a<b），電解時NO2發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式：_________________________________。

Answer 1

【答案】0.02mol·L-1·min-1 A E B 6NO(g)+4NH3(g)=5 N2(g)+6H2O(l) △H＝-2070 kJ·mol-1 1/9（或0.11）(mol·L-1)-1 H2O+NO2－e- = NO3-+2H+

【解析】

（1）10min內(nèi)氨氣的物質(zhì)的量增加為0.10 mol，根據(jù)反應(yīng)速率 = = 計算；
（2）根據(jù)圖象知，平衡向正反應(yīng)方向移動，10 min時是連續(xù)的，三種氣體物質(zhì)的速率增加倍數(shù)相同，說明為使用催化劑；25 min時，瞬間氨氣的物質(zhì)的量減小，據(jù)此分析作答；
（3）可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據(jù)此進行判斷；

（4）NH3脫除NO的化學方程式為4NH3（g）+6NO（g）═5N2（g）+6H2O（l），可結(jié)合蓋斯定律計算反應(yīng)熱；

（5）①化學平衡常數(shù)K等于平衡時生成物濃度冪之積比上反應(yīng)物濃度冪之積；

②根據(jù)圖知，電解時，左室中電極上氫離子放電生成氫氣，則左室為陰極室，右室為陽極室，陽極上通入的是氮氧化物，生成的硝酸，所以陽極上氮氧化物失電子生成硝酸；

（1）根據(jù)圖象可知，10 min時氨氣的物質(zhì)的量為0.1 mol，則10 min內(nèi)用NH3表示該反應(yīng)的平均速率為：v(NH3) = = 0.02 mol/(Lmin)，

故答案為：0.02 mol/(Lmin)；

（2）由圖象可知各組分物質(zhì)的量變化增加，且10min時各物質(zhì)的變化是連續(xù)的，20min達平衡時，△n (N2) = 0.025 mol × 4 = 0.1 mol，△n(H2) = 0.025 mol × 12 = 0.3 mol，△n(NH3) = 0.025 mol × 8 = 0.2 mol，根據(jù)物質(zhì)的量變化之比等于化學計量數(shù)之比，三種氣體物質(zhì)的速率增加倍數(shù)相同，說明10 min可能改變的條件是使用催化劑，故A項正確；

B. 升高溫度，三種氣體物質(zhì)速率雖會成倍地增大，但根據(jù)熱效應(yīng)可知，正反應(yīng)速率增大的相對慢，故B項錯誤；

C. 增加NH3物質(zhì)的量，逆反應(yīng)速率增加的倍數(shù)大，故C項錯誤；

D. 壓縮體積，相當于增大壓強，三種氣體速率雖會增大，但增大的程度不相同，正反應(yīng)速率比逆反應(yīng)速率增大的快，與圖像信息不符合，故D項錯誤；

E. 分離出氨氣后，瞬間氨氣的物質(zhì)的量會下降，N2和H2不會改變，與圖中10 min描述的狀況不符，故E項錯誤；

故答案為A；

25 min時，瞬間NH3驟降，即NH3的濃度下降，N2和H2在第25 min時刻未變化，平衡向正反應(yīng)方向移動，則可能的條件為分離出氨氣，E項正確；

故答案為：E；

（3）A. 混合氣體的質(zhì)量不變，氣體的體積不變，故密度不變，若密度不再隨時間變化，不能說明平衡，故A項錯誤；

B. 容器內(nèi)前后氣體的物質(zhì)的量有變化，說明壓強是變量，總壓強不再隨時間而變化，說明達到平衡，故B項正確；

C. 3v(H2)正= 2v(NH3)逆，表示的是正反應(yīng)和逆反應(yīng)，但是不滿足計量數(shù)關(guān)系，說明沒有達到平衡狀態(tài)，故C項錯誤；

D. N2、H2、NH3分子數(shù)之比為1∶3∶2，無法判斷各組分的濃度是否不再變化，故D項錯誤；

故答案為：B；

（4）在250C、101KPa時，

①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H1= -92.4kJ/mol.

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H2= -571.6 kJ/mol

③N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H3= +180kJ/mol

利用蓋斯定律,將②×3①×2③×3可得6NO(g)+4NH3(g)=5 N2(g)+6H2O(l) △H＝-2070 kJ·mol-1，

故答案為：6NO(g)+4NH3(g)=5 N2(g)+6H2O(l) △H＝-2070 kJ·mol-1；

（5）①
所以K = = 1/9（0.11）(mol·L-1)-1
故答案為：1/9（或0.11）(mol·L-1)-1；

②根據(jù)圖知,電解時,左室中電極上氫離子放電生成氫氣,則左室為陰極室,右室為陽極室,陽極上通入的是氮氧化物,生成的硝酸,所以陽極上氮氧化物失電子和水生成硝酸：H2O+NO2－e- = NO3-+2H+，

故答案為：H2O+NO2－e- = NO3-+2H+；