Question

【題目】催化劑是化工技術的核心，絕大多數的化工生產需采用催化工藝。

I．（1）催化劑的選擇性指在能發生多種反應的反應系統中，同一催化劑促進不同反應的程度的比較，實質上是反應系統中目的反應與副反應之間反應速度競爭的表現。如圖所示為一定條件下1mol CH3OH與O2發生反應時，生成CO、CO2或HCHO的能量變化圖[反應物O2（g）和生成物H2O（g）略去]。在有催化劑作用下，CH3OH與O2反應主要生成____（選填“CO或CO2或HCHO”）。

（2）2007年諾貝爾化學獎授予善于做“表面文章”的德國科學家哈德·埃特爾，他的成就之一是證實了氣體在固體催化劑表面進行的反應，開創了表面化學的方法論。埃特爾研究的氮氣和氫氣分子在固體催化劑表面發生的部分變化過程如圖所示：

①下列說法不正確的是____。

A 升高溫度可以提高一段時間內NH3的生產效率

B 圖示中的②一③以及后面幾個過程均是放熱過程

C 此圖示中存在H-H鍵斷裂和N-N鍵斷裂，以及N-H鍵的形成過程

②合成氨工業中，原料氣（N2、H2及少量CO、NH3的混合氣）在進入合成塔前常用Cu（NH3）2Ac（醋酸二氨合亞銅，Ac代表醋酸根）溶液來吸收原料氣中的CO，其反應是：

生產中必須除去原料氣中CO的原因是 ___；Cu（NH3）2Ac溶液吸收原料氣中的CO的生產適宜條件應是___。

Ⅱ．氮循環是指氮在自然界中的循環轉化過程，是生物圈內基本的物質循環之一，存在較多藍、綠藻類的酸性水體中存在如有圖所示的氮循環，請回答相關問題。

（3） NH4+硝化過程的方程式是2NH4++3O2 2HNO3+2H2O+2H+，恒溫時在亞硝酸菌的作用下發生該反應，能說明體系達到平衡狀態的是____（填標號）。

A 溶液的pH不再改變

B NH4+的消耗速率和H+的生成速率相等

C 溶液中NH4+、NH3H2O、HNO3、NO2-的總物質的量保持不變

實驗測得在其它條件一定時，NH4+硝化反應的速率隨溫度變化曲線如下圖A所示，溫度高于35℃時反應速率迅速下降的原因可能是 ___。

（4）亞硝酸鹽含量過高對人和動植物都會造成直接或間接的危害，因此要對亞硝酸鹽含量過高的廢水進行處理。處理亞硝酸鹽的方法之一是用次氯酸鈉將亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽，反應方程式是ClO-+ NO2-=NO3-+Cl-。在25℃和35℃下，分別向NO2-初始濃度為5×10-3 mol/L的溶液中按不同的投料比加人次氯酸鈉固體（忽略溶液體積的變化），平衡時NO2-的去除率和溫度、投料比的關系如上圖B所示，a、b、c、d四點ClO-的轉化率由小到大的順序是____，35℃時該反應的平衡常數K=____（保留三位有效數字）。

Answer 1

【答案】HCHO C 防止CO使催化劑中毒 低溫、高壓 A 溫度過高使亞硝酸菌變性 d、c、b、a 2.67

【解析】

（1）根據圖象可知轉化為甲醛時活化能最低，所以使用催化劑時主要產物為HCHO。

答案為：HCHO。

（2）①A．N2中鍵能較大，常溫不易反應，升高溫度可促使N2中化學鍵斷裂，加快反應進程，提高生產效率，A正確；

B．圖示中②→③及后面的幾個過程均為形成新的化學鍵N-H，而形成新的化學鍵要放出熱量，B正確；

C．此圖中①→②是N-N鍵斷裂，②以后為N-H鍵的形成，沒有出現H-H鍵斷裂的圖示，C錯誤；

答案選C。

② 生產中必須除去原料氣中的CO的原因是防止合成塔中的催化劑中毒，據題可知溶液吸收CO的正反應為氣體體積減少的放熱反應，在低溫、高壓的條件下有利于CO的吸收。

答案為：防止CO使催化劑中毒；低溫、高壓。

（3）A．由2NH4++3O2 2HNO3+2H2O+2H+可知，當pH不變也就是H+不變則說明反應達到平衡，A正確；

B．由反應可知NH4+的消耗速率和H+的生成速率描述的都是正反應，無法判斷反應是否達到平衡，B錯誤；

C．在氮的循環中，氮元素的物質的量始終保持不變，C錯誤；

由圖A可知35℃時反應速率迅速下降是因為反應中有亞硝酸菌參與，而溫度過高會使細菌亞硝酸菌中的蛋白質發生變性，從而導致速率變慢。

答案為：A；溫度過高使亞硝酸菌變性。

（4）由圖像可知，a、b兩點溫度相同，都是25℃，由a點到b點，投料比不斷增大，可以理解為不斷增加n(ClO-)，NO2-的去除率不斷增大，而ClO-的轉化率不斷減小，所以ClO-的轉化率：a>b，同理可得：c>d，而c、d兩點，投料比相同，由b到c升高溫度，而NO2-的去除率不斷減小，說明正反應是放熱反應，則ClO-的轉化率b>c，所以a、b、c、d四點ClO-的轉化率由小到大的順序是：d、c、b、a；NO2-初始濃度為5×10-3 mol/L，35℃當投料比為2的時候，NO2-的去除率為80%，平衡時NO2-的轉化量為5×10-3 mol/L×80%=4×10-3 mol/L，用三段式進行計算：

平衡常數K===2.67 。

答案為: d、c、b、a；2.67。