Question

【題目】含氮化合物對環境、生產和人類生命活動等具有很大的影響。請按要求回答下列問題：

(1)利用某分子篩作催化劑，NH3可脫除工廠廢氣中的NO、NO2，反應機理如圖所示。A包含物質為H2O和________(填化學式)。

(2)已知：

4NH3(g)＋6NO(g)＝5N2(g)＋6H2O(g) ΔH1＝－a kJ·mol－1

4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(g) ΔH2＝－b kJ·mol－1

則反應4NH3(g)＋3O2(g)＝2N2(g)＋6H2O(g)的ΔH＝________ kJ·mol－1。

(3)工業上利用氨氣生產氫氰酸(HCN)的反應為CH4(g)＋NH3(g)HCN(g)＋3H2(g)　ΔH＞0。

①其他條件一定，達到平衡時NH3轉化率隨外界條件X變化的關系如圖所示。則X可以是________(填字母)。

a．溫度　　 b．壓強　 c．催化劑　　 d．

②在一定溫度下，向2 L密閉容器中加入 n mol CH4和2 mol NH3，平衡時NH3體積分數隨n變化的關系如下圖所示。a點時，CH4的轉化率為_______%；平衡常數：K(a)____K(b)(填“＞”“＝”或“＜”)。

(4)肌肉中的肌紅蛋白(Mb)與O2結合生成MbO2，其反應原理可表示為Mb(aq)＋O2(g) MbO2(aq)，該反應的平衡常數可表示為K＝。在37 ℃條件下達到平衡時，測得肌紅蛋白的結合度(α)與p(O2)的關系如圖所示。[α＝×100%]。研究表明正反應速率v正＝k正·c(Mb)·p(O2)，逆反應速率v逆＝k逆·c(MbO2)(其中k正和k逆分別表示正反應和逆反應的速率常數)。試求出圖中c點時，上述反應的平衡常數K=________。已知k逆＝60 s－1，則速率常數k正=________s－1。

Answer 1

【答案】N2 - bd 25 = 2 120

【解析】

(1)根據原子守恒分析、解答；

(2)根據蓋斯定律，將已知熱化學方程式疊加，可得待求反應的熱化學方程式；

(3)①根據影響化學反應平衡的因素分析；

②a點時，n(CH4)=2 mol，平衡時NH3體積分數為30%，設轉化CH4的物質的量為x，根據物質反應轉化關系計算平衡時CH4的轉化率，利用化學平衡常數K與溫度關系分析；

(4)根據反應達到平衡時正、逆反應速率相等計算出k正、k逆與平衡常數K的關系；圖示可知c點時p(O2)=4.5 kPa，α＝×100%=90%，則生成的c(MbO2)=0.9c(Mb)初始，平衡時的c(Mb)=0.1 c(Mb)初始，據此計算，再根據①的結果可得k正。

(1)由圖示有方程：[(NH4)2(NO2)]2++NO=[(NH4)(HNO2)]++A+H+，根據原子守恒，可得A為N2+H2O；

(2)已知：①4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g)△H1=-a kJ/mol

②4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)△H2=-b kJ/mol

根據蓋斯定律，將×(2×①+3×②)可得：4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g)△H=-kJ/mol；

(3)①圖象趨勢為平衡時NH3轉化率隨外界條件X增大而減小。

a．該反應是吸熱反應，溫度升高平衡正向移動，NH3轉化率隨溫度的升高而增大，與圖形不符，a錯誤；

b．該反應是氣體體積增大的反應，增大壓強，化學平衡逆向移動，NH3轉化率隨壓強增大而減小，與圖形符合，b正確；

c．催化劑能同等倍數的影響正、逆反應速率，因此對化學平衡移動無影響，c錯誤；

d．越大，代表氨氣的量越大，有利于正反應，但是氨氣的轉化率卻隨著氨氣的增多而減小，與圖形相符合，d正確；

故合理選項是bd；

②a點時，n(CH4)=2 mol，n(NH3)=2 mol，設轉化CH4的物質的量為x，根據反應方程式CH4(g)＋NH3(g)HCN(g)＋3H2(g)中物質反應轉化關系可知：平衡時產生HCN的物質的量為x mol，H2的物質的量為3x mol，則平衡時剩余CH4(g)與NH3(g)的物質的量都是(2-x) mol，由于平衡時NH3體積分數為30%，所以=30%，解得x=0.5 mol，所以CH4的轉化率=×100%=25%；

a點和b點溫度相同，這兩點的化學平衡常數也相同，即K(a)=K(b)；

(4)已知正反應速率v正=k正c(Mb)p(O2)，逆反應速率v逆=k逆c(MbO2)，平衡時，v正=v逆，則k正c(Mb)p(O2)= k逆c(MbO2)，=K；

由圖可知：c點時，p(O2)=4.5 kPa，α＝×100%=90%，則生成的c(MbO2)=0.9c(Mb)初始，平衡時的c(Mb)=0.1c(Mb)初始，則K==2 kPa-1；已知k逆=60 s-1，又K==2，則速率常數k正=K·k逆=120 s-1kPa-1。