Question

【題目】已知：用NH3催化還原NOx時包含以下反應。

反應①：4NH3(g) + 6NO(g) 5N2(g) + 6H2O(l) H1 = -1807.0kJmol-1

反應②：4NH3(g) + 6NO2(g) 5N2(g) + 3O2(g) + 6H2O(l) H2 = ?

反應③：2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) H3 = -113.0kJmol-1

（1）反應②的H2 =_________________________。 反應①②在熱力學上趨勢大，其原因是___________________________________________________________________。

（2）為探究溫度及不同催化劑對反應①的影響，分別在不同溫度、不同催化劑下，保持其它初始條件不變重復實驗，在相同時間內測得N2濃度變化情況如下圖所示。

①反應①的平衡常數的表達式K=__________。在催化劑甲的作用下反應的平衡常數_______________在催化劑乙的作用下反應的平衡常數（填寫“大于”，“小于”或“等于”）。

②N點后N2濃度減小的原因可能是_________________、 ________________。

（3）某溫度下，在1L容器中對于反應①初始投入4molNH3和6molNO，當氣體總物質的量為7.5mol時反應達到平衡，則NH3的轉化率_______________% ，達平衡所用時間為5分鐘，則用NO表示此反應平均反應速率為__________________。

Answer 1

【答案】-1468.0kJ/mol 兩個反應均為放熱量大的反應 c5(N2)/ c4(NH3) c6(NO) 等于 溫度升高發生副反應 溫度升高催化劑活性降低 50 0.6mol/(L min)

【解析】

（1）由蓋斯定律求反應②的H2 ；均為放熱反應，生成物的能量低，反應①②在熱力學上趨勢大；

（2）①根據平衡常數的定義，寫出反應①4NH3(g) + 6NO(g) 5N2(g) + 6H2O(l) 的平衡常數的表達式K=c5(N2)/ c4(NH3) c6(NO)；

催化劑不影響平衡常數；

②N點后N2濃度減小的原因可能是溫度升高發生副反應、 溫度升高催化劑活性降低；

（3）列出三行式進行計算。

（1）反應①：4NH3(g) + 6NO(g) 5N2(g) + 6H2O(l) H1 = -1807.0kJmol-1

反應②：4NH3(g) + 6NO2(g) 5N2(g) + 3O2(g) + 6H2O(l) H2 = ?

反應③：2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) H3 = -113.0kJmol-1

由蓋斯定律，反應①-反應③×3，反應②的H2=-1807.0kJmol-1-（-113.0kJmol-1）×3=-1468.0kJ/mol；

均為放熱反應，生成物的能量低，反應①②在熱力學上趨勢大。

（2）①根據平衡常數的定義，寫出反應①的平衡常數的表達式；

催化劑不影響平衡常數，溫度不變，平衡常數不變，故甲乙兩種催化劑作用下，反應的平衡常數相等；

②N點后N2濃度減小的原因可能是溫度升高發生副反應、 溫度升高催化劑活性降低；

（3）列出三行式：

4NH3(g) + 6NO(g) 5N2(g) + 6H2O(l)

c始/mol·L－1 4 6

c始/mol·L－1 4x 6x 5x

c始/mol·L－1 4-4x 6-6x 5x

4-4x +6-6x+5x=7.5mol/1L，x=0.5，則NH3的轉化率50% ；

達平衡所用時間為5分鐘，則用NO表示此反應平均反應速率為6×0.5mol·L－1 /5min=0.6mol/(L min).