Question

【題目】氨催化氧化是硝酸工業(yè)的基礎(chǔ)，氦氣在Pt催化劑作用下發(fā)生主反應(yīng)Ⅰ和副反應(yīng)Ⅱ：

Ⅰ.4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H1=-905 kJ/mol

Ⅱ.4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) △H2

（1）已知：

物質(zhì)中斷裂1mol化學(xué)鍵需要的能量/kJ	NO	O2	N2
	629	496	942

則△H2=___________。

（2）以Pt為催化劑，在1L密閉容器中充入1mol NH3和2mol O2，測得有關(guān)物質(zhì)的量與溫度的關(guān)系如下圖：

①該催化劑在高溫時對反應(yīng)__________更有利（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。

②520℃時，NH3的轉(zhuǎn)化率為____________。

③520℃時，反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)K=________（數(shù)字計算式）。

④下列說法正確的是____________（填標(biāo)號）。

A 工業(yè)上氨催化氧化生成NO時，最佳溫度應(yīng)控制在840℃左右

B 增大NH3和O2的初始投料比可以提高NH3生成NO的平衡轉(zhuǎn)化率

C 投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度可以提高NH3生成NO的平衡轉(zhuǎn)化率

D 使用催化劑時，可降低反應(yīng)的活化能，加快其反應(yīng)速率

⑤溫度高于840℃時，NO的物質(zhì)的量減少的原因可能是____________。

（3）在有氧條件下，新型催化劑M能催化NH3與NOx反應(yīng)生成N2。

①NH3與NO2生成N2的反應(yīng)中，當(dāng)生成1mol N2時，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為___________mol。

②將一定比例的O2、NH3和NOx的混合氣體，勻速通入裝有催化劑的反應(yīng)器中反應(yīng)。

反應(yīng)相同時間NOx的去除率隨反應(yīng)溫度的變化曲線如下圖所示，在50-250℃范圍內(nèi)隨著溫度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升緩慢的主要原因是_______________。

Answer 1

【答案】-1265kJ/mol 1 60% AD 催化劑失去活性、有其他副反應(yīng)發(fā)生、生成NO的反應(yīng)為放熱反應(yīng)溫度升高生成NO的轉(zhuǎn)化率降低 迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高增大與溫度升高共同使NOx去除反應(yīng)速率迅速增大；上升緩慢段主要是溫度升高引起的NOx去除反應(yīng)速率增大

【解析】

（1）利用蓋斯定律和△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能計算；

（2）①由圖可知，該催化劑在高溫時，生成的NO物質(zhì)的量遠(yuǎn)大于氮氣的；

②根據(jù)圖示A點計算出兩個反應(yīng)消耗氨氣的量，再計算轉(zhuǎn)化率；

③利用A點，計算出兩個反應(yīng)后剩余的氨氣，氧氣，生成的水和N2，再根據(jù)平衡常數(shù)公式計算；

④A.工業(yè)上氨催化氧化生成NO時，根據(jù)圖示可知840℃生成NO最多，故A正確；

B.增大NH3和O2的初始投料比可以降低NH3轉(zhuǎn)化率，提高氧氣轉(zhuǎn)化率，故B錯誤；

C.投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度可以看成增大壓強，不利于向體積增大的方向進行，因此降低NH3生成NO的平衡轉(zhuǎn)化率，故C錯誤；

D.使用催化劑時，可降低反應(yīng)的活化能，加快其反應(yīng)速率，故D正確；

⑤溫度高于840℃時，NO的物質(zhì)的量減少的原因可能是催化劑失去活性、有其他副反應(yīng)發(fā)生、生成NO的反應(yīng)為放熱反應(yīng)溫度升高生成NO的轉(zhuǎn)化率降低；

（3）①8NH3+6NO2=7N2+12H2O根據(jù)方程式判斷；

②在50-250℃范圍內(nèi)隨著溫度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升緩慢的主要原因是迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高增大與溫度升高共同使NOx去除反應(yīng)速率迅速增大；上升緩慢段主要是溫度升高引起的NOx去除反應(yīng)速率增大；

（1）蓋斯定律：Ⅰ-Ⅱ得2N2(g)+2O24NO(g) △H= △H1- △H2=-905-△H2kJ/mol；

△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能=2×942 kJ/mol +2×496 kJ/mol -4×629 kJ/mol =360kJ/mol；

所以：△H2=△H1- △H==-905 kJ/mol -360 kJ/mol =-1265kJ/mol ；

答案：-1265kJ/mol

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

答案：Ⅰ

②520℃時， 4NH3（g）+5O2 4NO（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

NH3的轉(zhuǎn)化率為×100%=60%

答案:60%
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）+5O2 4NO（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，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)的量代替濃度計算平衡常數(shù)K=

答案：

④A.工業(yè)上氨催化氧化生成NO時，根據(jù)圖示可知840℃生成NO最多，故A正確；

B.增大NH3和O2的初始投料比可以降低NH3轉(zhuǎn)化率，提高氧氣轉(zhuǎn)化率，故B錯誤；

C.投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度可以看成增大壓強，不利于向體積增大的方向進行，因此降低NH3生成NO的平衡轉(zhuǎn)化率，故C錯誤；

D.使用催化劑時，可降低反應(yīng)的活化能，加快其反應(yīng)速率，故D正確；

答案：AD

⑤溫度高于840℃時，NO的物質(zhì)的量減少的原因可能是催化劑失去活性、有其他副反應(yīng)發(fā)生、生成NO的反應(yīng)為放熱反應(yīng)溫度升高生成NO的轉(zhuǎn)化率降低；

答案：催化劑失去活性、有其他副反應(yīng)發(fā)生、生成NO的反應(yīng)為放熱反應(yīng)溫度升高生成NO的轉(zhuǎn)化率降低

（3）①8NH3+6NO2=7N2+12H2O生成N2的反應(yīng)中，當(dāng)生成1mol N2時，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為 mol；

答案：

②反應(yīng)相同時間NOx的去除率隨反應(yīng)溫度的變化曲線如下圖所示，在50-250℃范圍內(nèi)隨著溫度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升緩慢的主要原因是迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高增大與溫度升高共同使NOx去除反應(yīng)速率迅速增大；上升緩慢段主要是溫度升高引起的NOx去除反應(yīng)速率增大；

答案：迅速上升段是催化劑活性隨溫度升高增大與溫度升高共同使NOx去除反應(yīng)速率迅速增大；上升緩慢段主要是溫度升高引起的NOx去除反應(yīng)速率增大