Question

【題目】氨催化氧化是硝酸工業的基礎，氦氣在Pt催化劑作用下發生主反應Ⅰ和副反應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：

物質中斷裂1mol化學鍵需要的能量/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，測得有關物質的量與溫度的關系如下圖：

①該催化劑在高溫時對反應__________更有利（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。

②520℃時，NH3的轉化率為____________。

③520℃時，反應Ⅱ的平衡常數K=________（數字計算式）。

④下列說法正確的是____________（填標號）。

A 工業上氨催化氧化生成NO時，最佳溫度應控制在840℃左右

B 增大NH3和O2的初始投料比可以提高NH3生成NO的平衡轉化率

C 投料比不變，增加反應物的濃度可以提高NH3生成NO的平衡轉化率

D 使用催化劑時，可降低反應的活化能，加快其反應速率

⑤溫度高于840℃時，NO的物質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反應生成N2。

①NH3與NO2生成N2的反應中，當生成1mol N2時，轉移的電子數為___________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器中反應。

反應相同時間NOx的去除率隨反應溫度的變化曲線如下圖所示，在50-250℃范圍內隨著溫度的升高，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、有其他副反應發生、生成NO的反應為放熱反應溫度升高生成NO的轉化率降低 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去除反應速率增大

【解析】

（1）利用蓋斯定律和△H=反應物總鍵能-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物質的量遠大于氮氣的；

②根據圖示A點計算出兩個反應消耗氨氣的量，再計算轉化率；

③利用A點，計算出兩個反應后剩余的氨氣，氧氣，生成的水和N2，再根據平衡常數公式計算；

④A.工業上氨催化氧化生成NO時，根據圖示可知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轉化率，提高氧氣轉化率，故B錯誤；

C.投料比不變，增加反應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的平衡轉化率，故C錯誤；

D.使用催化劑時，可降低反應的活化能，加快其反應速率，故D正確；

⑤溫度高于840℃時，NO的物質的量減少的原因可能是催化劑失去活性、有其他副反應發生、生成NO的反應為放熱反應溫度升高生成NO的轉化率降低；

（3）①8NH3+6NO2=7N2+12H2O根據方程式判斷；

②在50-250℃范圍內隨著溫度的升高，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物質的量遠大于氮氣的，故該催化劑在高溫下選擇反應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，利用物質的量代替濃度計算平衡常數K=

答案：

④A.工業上氨催化氧化生成NO時，根據圖示可知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轉化率，提高氧氣轉化率，故B錯誤；

C.投料比不變，增加反應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的平衡轉化率，故C錯誤；

D.使用催化劑時，可降低反應的活化能，加快其反應速率，故D正確；

答案：AD

⑤溫度高于840℃時，NO的物質的量減少的原因可能是催化劑失去活性、有其他副反應發生、生成NO的反應為放熱反應溫度升高生成NO的轉化率降低；

答案：催化劑失去活性、有其他副反應發生、生成NO的反應為放熱反應溫度升高生成NO的轉化率降低

（3）①8NH3+6NO2=7N2+12H2O生成N2的反應中，當生成1mol N2時，轉移的電子數為 mol；

答案：

②反應相同時間NOx的去除率隨反應溫度的變化曲線如下圖所示，在50-250℃范圍內隨著溫度的升高，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去除反應速率增大