Question

【題目】NH3作為一種重要化工原料，被大量應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，與其有關(guān)性質(zhì)反應(yīng)的催化劑研究曾被列入國(guó)家863計(jì)劃。催化劑常具有較強(qiáng)的選擇性，即專一性。已知：

反應(yīng)I：4NH3(g) +5O2(g)4NO(g) +6H2O(g) △H=―905.0 kJ·molˉ1

反應(yīng) II：4NH3(g)+3O2(g)2N2(g) +6H2O(g) △H=？

（1）

化學(xué)鍵	H—O	O===O	N≡N	N—H
鍵能kJ·molˉ1	a	b	c	d

△H=__________________ 。

（2）在恒溫恒容裝置中充入一定量的NH3和O2，在某催化劑的作用下進(jìn)行反應(yīng)I，則下列有關(guān)敘述中正確的是__________________。

A．使用催化劑時(shí)，可降低該反應(yīng)的活化能，加快其反應(yīng)速率

B．若測(cè)得容器內(nèi)4v正(NH3)=6v逆(H2O)時(shí)，說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)平衡

C．當(dāng)容器內(nèi)n(NO)/n(NH3)=1時(shí)，說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)平衡

（3）氨催化氧化時(shí)會(huì)發(fā)生上述兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)I、II。為分析某催化劑對(duì)該反應(yīng)的選擇性，在1L密閉容器中充入1 mol NH3和2mol O2，測(cè)得有關(guān)物質(zhì)的量關(guān)系如下圖：

①該催化劑在高溫時(shí)選擇反應(yīng)____________ (填“ I ”或“ II”）。

②520℃時(shí)，4NH3(g)+5O24NO(g) +6H2O(g)的平衡常數(shù)K=___________________ (不要求得出計(jì)算結(jié)果，只需列出數(shù)字計(jì)算式）。

③有利于提高NH3轉(zhuǎn)化為N2平衡轉(zhuǎn)化率的措施有_______________

A．使用催化劑Pt/Ru
B．使用催化劑Cu/TiO2

C．增大NH3和O2的初始投料比
D．投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度

E．降低反應(yīng)溫度

（4）納米級(jí)Cu2O 由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關(guān)注，工業(yè)上常用電解法Cu2O，其反應(yīng)為2Cu+H2OCu2O+H2↑ 采用離子交換膜控制電解液中OH-的濃度而制備納米Cu2O，裝置如圖所示，則陽(yáng)極上的電極反應(yīng)式為___________________，當(dāng)生成_______克Cu2O時(shí)，就會(huì)有NA個(gè)陰離子通過(guò)離子交換膜。

Answer 1

【答案】△H=(12d+3b-2c-12a)kJ·molˉ1AI 0．24×0．96/0．44×1.455E2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O72

【解析】

（1）反應(yīng)的焓變△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能。（2）催化劑改變反應(yīng)途徑，降低反應(yīng)活化能；不同物質(zhì)表示的正、逆反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正、逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變。（3）①根據(jù)生成物氮?dú)狻�NO的物質(zhì)的量判斷催化劑對(duì)反應(yīng)的選擇性；②520℃平衡時(shí)n（NO）=n（N2）=0.2mol，利用方程式計(jì)算兩個(gè)反應(yīng)消耗的氨氣、氧氣物質(zhì)的量以及生成的水的物質(zhì)的量，可以計(jì)算平衡時(shí)氨氣與氧氣物質(zhì)的量，由于容器體積為1L，利用物質(zhì)的量代替濃度帶入K=c4（NO）c6（H2O）/c4（NH3）c5（O2）計(jì)算；③催化劑不影響平衡移動(dòng)，改變濃度與投料比不影響催化劑對(duì)反應(yīng)的選擇性，圖中溫度影響催化劑選擇性。（4）銅電極和電源的正極相連，做陽(yáng)極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式是2Cu－2e－＋2OH－＝Cu2O＋H2O；

（1）反應(yīng)的焓變△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能=（4×3×d+3b-2×c-6×2×a）kJ/mol=(12d+3b-2c-12a)kJ·molˉ1。（2）加入催化劑，改變反應(yīng)途徑，降低反應(yīng)的活化能，增加了活化分子百分?jǐn)?shù)，化學(xué)反應(yīng)速率增大，A正確；對(duì)于反應(yīng)4NH3（g）+5O2（g）?4NO（g）+6H2O（g），應(yīng)是 6v正（NH3）=4v逆（H2O）時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B錯(cuò)誤；當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，與n（NO）/n（NH3）=1無(wú)關(guān)，C錯(cuò)誤,故選A。（3）①由圖可知，該催化劑在高溫時(shí)，生成的NO物質(zhì)的量遠(yuǎn)大于氮?dú)獾�，故該催化劑在高溫下選擇反應(yīng)I；②在 1L 密閉容器中充入 1mol NH3和 2mol O2，520℃平衡時(shí)n（NO）=n（N2）=0.2mol，則：

4NH3（g）+5O24NO（g）+6H2O（g）

變化（mol ）：0.2 0.25 0.2 0.3
4NH3（g）+3O2（g）2N2（g）+6H2O（g）

變化（mol ）：0.4 0.3 0.2 0.6

故平衡時(shí)，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(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)K c4（NO）c6（H2O）/c4（NH3）c5（O2）=0．24×0．96、0．44×1.455；③使用催化劑不影響平衡移動(dòng)，加快反應(yīng)速率，縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，A錯(cuò)誤；使用催化劑不影響平衡移動(dòng)，加快反應(yīng)速率，縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，B錯(cuò)誤；增大NH3和O2的初始投料比，平衡常數(shù)不變，不影響催化劑對(duì)反應(yīng)的選擇性，C錯(cuò)誤；投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度，平衡常數(shù)不變，不影響催化劑對(duì)反應(yīng)的選擇性，D錯(cuò)誤；由圖可知低溫有利于氮?dú)獾纳�成，降低反�?yīng)溫度有利于提高 NH3轉(zhuǎn)化為 N2平衡轉(zhuǎn)化率，E正確。故選E。（4）在電解池中，當(dāng)陽(yáng)極是活潑電極時(shí)，該電極本身發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，在堿性環(huán)境下，金屬銅失去電子被氧化生成氧化亞銅，電極反應(yīng)式為2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O，陰極的電極反應(yīng)式為2H2O+2e—=H2↑+2OH-，由電極反應(yīng)式可知，當(dāng)有1molOH-通過(guò)陰離子交換膜時(shí)，有0.5molCu2O生成，則有NA個(gè)陰離子通過(guò)離子交換膜時(shí)，生成0.5molCu2O生成，0.5molCu2O的質(zhì)量為72g。