Question

2．用NH₃催化還原N_xO_y可以消除氮氧化物的污染．
已知：反應(yīng)I：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）△H₁
反應(yīng)II：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂ （且|△H₁|=2|△H₂|）
反應(yīng)III：4NH₃（g）+6NO₂（g）?5N₂（g）+3O₂（g）+6H₂O（l）△H₃
反應(yīng)I和反應(yīng)II在不同溫度時的平衡常數(shù)及其大小關(guān)系如表

溫度/K	反應(yīng)I	反應(yīng)II	已知： K2＞K1＞K2′＞K1′
298	K1	K2
398	K1′	K2′

（1）△H₃=△H₃=△H₁-3△H₂（用△H₁、△H₂的代數(shù)式表示）；推測反應(yīng)III是吸熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）
（2）相同條件下，反應(yīng)I在2L密閉容器內(nèi)，選用不同的催化劑，反應(yīng)產(chǎn)生N₂的量隨時間變化如圖1所示．
①計算0～4分鐘在A催化劑作用下，反應(yīng)速率v（NO）=0.375mol•L^-1•min^-1．
②下列說法不正確的是CD．
A．單位時間內(nèi)H-O鍵與N-H鍵斷裂的數(shù)目相等時，說明反應(yīng)已經(jīng)達到平衡
B．若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)K值不變時，說明反應(yīng)已經(jīng)達到平衡
C．該反應(yīng)的活化能大小順序是：E_a（A）＞E_a（B）＞E_a（C）
D．增大壓強能使反應(yīng)速率加快，是因為增加了活化分子百分數(shù)
（3）一定條件下，反應(yīng)II達到平衡時體系中n（NO）：n（O₂）：n（NO₂）=2：1：2．恒溫恒壓時，在其它條件不變時，再充入NO₂氣體，NO₂體積分數(shù)不變（填“變大”、“變小”或“不變”）
（4）電化學(xué)氣敏傳感器可用于監(jiān)測環(huán)境中NH₃的含量，其工作原理示意圖如圖2，溶液中OH^-向電極a移動（填a或b），負極的電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）已知：反應(yīng)I：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）△H₁
反應(yīng)II：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂
根據(jù)蓋斯定律，Ⅰ-Ⅱ×3可得：4NH₃（g）+6NO₂（g）?5N₂（g）+3O₂（g）+6H₂O（l），則為△H₃=△H₁-3△H₂；
已知K₁＞K₁′，說明反應(yīng)I升高溫度平衡逆向移動，則反應(yīng)Ⅰ為放熱反應(yīng)，則△H₁＜0；而K₂＞K₂′，說明反應(yīng)Ⅱ升高溫度平衡逆向移動，則反應(yīng)Ⅱ為放熱反應(yīng)，則△H₂＜0，結(jié)合△H₃=△H₁-3△H₂、且|△H₁|=2|△H₂|）判斷；
（2）①4min時氮氣為2.5mol，則消耗的NO為2.5mol×$\frac{6}{5}$=3mol，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NO）；
②A．可逆反應(yīng)到達平衡時12個O-H斷裂，同時生成12個O-H鍵，而生成12個O-H鍵需要12個N-H斷裂；
B．恒容絕熱的密閉容器中，反應(yīng)中溫度會變化，則K會變化，當(dāng)K值不變時，說明溫度不變，反應(yīng)已經(jīng)達到平衡；
C．相同時間內(nèi)生成的氮氣的物質(zhì)的量越多，則反應(yīng)速率越快，活化能越低；
D．改變壓強，增大單位體積內(nèi)活化分子數(shù)目，活化分子百分數(shù)不變；
（3）原平衡按化學(xué)計量數(shù)轉(zhuǎn)化到左邊滿足n（NO）：n（O₂）=2：1，再充入NO₂氣體，按化學(xué)計量數(shù)轉(zhuǎn)化到左邊滿足n（NO）：n（O₂）=2：1，恒溫恒壓容器，與原來的平衡為等效平衡，平衡時相同物質(zhì)的含量相等；
（4）a電極通入氨氣生成氮氣，說明氨氣被氧化，為原電池負極，則b為正極，原電池中電解質(zhì)溶液陰離子向負極移動．

解答 解：（1）已知：反應(yīng)I：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）△H₁
反應(yīng)II：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂
根據(jù)蓋斯定律，Ⅰ-Ⅱ×3可得：4NH₃（g）+6NO₂（g）?5N₂（g）+3O₂（g）+6H₂O（l），則為△H₃=△H₁-3△H₂；
已知K₁＞K₁′，說明反應(yīng)I升高溫度平衡逆向移動，則反應(yīng)Ⅰ為放熱反應(yīng)，則△H₁＜0；而K₂＞K₂′，說明反應(yīng)Ⅱ升高溫度平衡逆向移動，則反應(yīng)Ⅱ為放熱反應(yīng)，則△H₂＜0，已知|△H₁|=2|△H₂|，所以△H₃=△H₁-3△H₂=|△H₂|＞0，即反應(yīng)Ⅲ為吸熱反應(yīng)，故答案為：吸熱；
故答案為：△H₃=△H₁-3△H₂；吸熱；
（2）①4min時氮氣為2.5mol，則消耗的NO為2.5mol×$\frac{6}{5}$=3mol，所以v（NO）=$\frac{\frac{3mol}{2L}}{4min}$=0.375mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.375mol•L^-1•min^-1；
②A．可逆反應(yīng)到達平衡時12個O-H斷裂，同時生成12個O-H鍵，而生成12個O-H鍵需要12個N-H斷裂，單位時間內(nèi)H-O鍵與N-H鍵斷裂的數(shù)目相等時，說明反應(yīng)已經(jīng)達到平衡，故A正確；
B．恒容絕熱的密閉容器中，反應(yīng)中溫度會變化，則K會變化，當(dāng)K值不變時，說明溫度不變，反應(yīng)已經(jīng)達到平衡，故B正確；
C．相同時間內(nèi)生成的氮氣的物質(zhì)的量越多，則反應(yīng)速率越快，活化能越低，故活化能大小順序是：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C），故C錯誤；
D．改變壓強，增大單位體積內(nèi)活化分子數(shù)目，活化分子百分數(shù)不變，故D錯誤，
故選：CD；
（3）原平衡按化學(xué)計量數(shù)轉(zhuǎn)化到左邊滿足n（NO）：n（O₂）=2：1，再充入NO₂氣體，按化學(xué)計量數(shù)轉(zhuǎn)化到左邊滿足n（NO）：n（O₂）=2：1，恒溫恒壓容器，與原來的平衡為等效平衡，平衡時相同物質(zhì)的含量相等，二氧化氮的體積分數(shù)不變，
故答案為：不變；
（4）a電極通入氨氣生成氮氣，說明氨氣被氧化，為原電池負極，則b為正極，原電池中電解質(zhì)溶液陰離子向負極移動，即溶液中OH^-向電極a移動，負極電極反應(yīng)式為：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案為：a；2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

點評 本題考查化學(xué)平衡影響因素、平衡常數(shù)影響因素、反應(yīng)速率計算、平衡狀態(tài)的判斷、反應(yīng)熱計算、電極反應(yīng)式書寫等，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力．