Question

【題目】NH3作為重要化工原料，被大量應用于工業生產，與其有關性質反應的催化劑研究曾被列入國家863計劃。

（1）氨的催化氧化反應:4 NH3（g）+5O2（g）4NO（g）+6H2O（g） △H< 0，是制硝酸的基礎反應，在容積固定的密閉容器中發生上述反應，容器內部分物質的物質的量濃度如下表：

濃度 時間	C(NH3) mol/L	C(O2) mol/L	C(NO) mol/L
第0 min	0.8	1.6	0
第1 min	a	1.35	0.2
第2 min	0.3	0.975	0.5
第3 min	0.3	0.975	0.5
第4 min	0.7	1.475	0.1

①反應在第1min到第2min時，NH3的平均反應速率為______________。

②反應在第3 min時改變了條件，改變的條件可能是___________（填序號）。

A．使用催化劑 B．減小壓強 C．升高溫度 D．增加O2的濃度

③說明4NH3（g）+5O2（g）4NO（g）+6 H2O（g）達到平衡狀態的是____（填序號）。

A．單位時間內生成n mol NO的同時生成n mol NH3

B．百分含量w（NH3）=w（NO）

C．反應速率v（NH3）：v（O2）：v（NO）：v（H2O）=4：5：4：6

D．在恒溫恒容的容器中，混合氣體的平均相對分子質量不再變化

（2）若在容積為2L的密閉容器中充入4.0molNH3(g)和5.0molO2(g)，發生如下反應：4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)，保持其他條件不變，在相同的時間內測得c(NO)與溫度的關系如下圖1所示。則 T1℃下，NH3的平衡轉化率為______。

（3）氨催化氧化時會發生兩個競爭反應，分別為

反應I：4NH(g) +5O2(g)4NO(g) +6H2O(g) △H= -905.0 kJ·mol-1

反應II: 4NH3(g)+3O2(g)2N2(g) +6H2O(g) △H= -1266.6 kJ·mol-1。

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 NH3和2mol O2，測得有關物質的量關系如上圖2：

①該催化劑在低溫時選擇反應_______(填“ I ”或“ II”）。

②C點比B點所產生的NO的物質的量少的主要原因______________________________。（4）通過以上兩個競爭反應寫出NO分解生成N2與O2的熱化學方程式________________。

Answer 1

【答案】 0.3mol/(L·min) C AD 75% II 該反應為放熱反應，當溫度升高，平衡向左(逆反應)移動 2NO(g)N2(g) +O2(g) △H= -180.8 kJ·mol-1

【解析】（1）①在第1min到第2min時，O2的平均反應速率=(1.35 mol/L-0.975 mol/L)/1 min=0.375 mol/(L·min), NH3的平均反應速率為氧氣平均速率的4/5，則NH3的平均反應速率為0.375 mol/(L·min)×4/5=0.3mol/(L·min)；由數據分析可知，反應在第3 min到4 min時，速率加快且反應逆向移動，又因此反應正反應是放熱反應，故只有升高溫度才滿足條件。因為催化劑不影響平衡移動；減小壓強，速率減慢；增加O2的濃度，平衡向正方向移動，均不符合實驗數據得出的結論。故只有升高溫度。③A．單位時間內生成n mol NO的同時生成n mol NH3，速率相等，方向相反，達到平衡，A正確；B．百分含量w（NH3）=w（NO），不一定達到平衡，故B錯誤；C．反應速率比等于計量數比，不一定達到平衡，故C錯誤；D．在恒溫恒容的容器中，氣體質量不變，反應前后氣體分子數是變化量，當氣體分子數不變，則混合氣體的平均相對分子質量不再變化，說明反應達到平衡，故D正確，答案選AD。（2）因NO與NH3的計量數相等，T1℃時，c(NO)=1.5mol/L，則氨氣的轉化濃度為1.5mol/L，則 T1℃下，NH3的平衡轉化率為1.5mol/L /2.0mol/L==75%。（3）①由圖2分析可知，催化劑在低溫時生成氮氣比一氧化氮的量多，故催化劑在低溫時選擇反應II為主； ②該反應為放熱反應，當溫度升高，平衡向左(逆反應)移動，C點比B點所產生的NO的物質的量少；（4）由蓋斯定律可知，（反應 II-反應I）/2，即得到NO分解生成N2與O2的方程式，則NO分解生成N2與O2的熱化學方程式：2NO(g)N2(g) +O2(g) △H= -180.8 kJ·mol-1。