Question

【題目】NH3作為一種重要化工原料，被大量應用于工業(yè)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。催化劑常具有較強的選擇性，即專一性。已知：

反應I：4NH3(g) +5O2(g)4NO(g) +6H2O(g) △H=―905.0 kJ·molˉ1

反應 II：4NH3(g)+3O2(g)2N2(g) +6H2O(g) △H=？

（1）

化學鍵	H—O	O===O	N≡N	N—H
鍵能kJ·molˉ1	a	b	c	d

△H=__________________ 。

（2）在恒溫恒容裝置中充入一定量的NH3和O2，在某催化劑的作用下進行反應I，則下列有關敘述中正確的是__________________。

A．使用催化劑時，可降低該反應的活化能，加快其反應速率

B．若測得容器內4v正(NH3)=6v逆(H2O)時，說明反應已達平衡

C．當容器內n(NO)/n(NH3)=1時，說明反應已達平衡

（3）氨催化氧化時會發(fā)生上述兩個競爭反應I、II。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下圖：

①該催化劑在高溫時選擇反應____________ (填“ I ”或“ II”）。

②520℃時，4NH3(g)+5O24NO(g) +6H2O(g)的平衡常數K=___________________ (不要求得出計算結果，只需列出數字計算式）。

③有利于提高NH3轉化為N2平衡轉化率的措施有_______________

A．使用催化劑Pt/Ru
B．使用催化劑Cu/TiO2

C．增大NH3和O2的初始投料比
D．投料比不變，增加反應物的濃度

E．降低反應溫度

（4）納米級Cu2O 由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關注，工業(yè)上常用電解法Cu2O，其反應為2Cu+H2OCu2O+H2↑ 采用離子交換膜控制電解液中OH-的濃度而制備納米Cu2O，裝置如圖所示，則陽極上的電極反應式為___________________，當生成_______克Cu2O時，就會有NA個陰離子通過離子交換膜。

Answer 1

【答案】△H=(12d+3b-2c-12a)kJ·molˉ1AI 0．24×0．96/0．44×1.455E2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O72

【解析】

（1）反應的焓變△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能。（2）催化劑改變反應途徑，降低反應活化能；不同物質表示的正、逆反應速率之比等于化學計量數之比時，反應達到平衡狀態(tài)；當反應達到平衡狀態(tài)時，正、逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變。（3）①根據生成物氮氣、NO的物質的量判斷催化劑對反應的選擇性；②520℃平衡時n（NO）=n（N2）=0.2mol，利用方程式計算兩個反應消耗的氨氣、氧氣物質的量以及生成的水的物質的量，可以計算平衡時氨氣與氧氣物質的量，由于容器體積為1L，利用物質的量代替濃度帶入K=c4（NO）c6（H2O）/c4（NH3）c5（O2）計算；③催化劑不影響平衡移動，改變濃度與投料比不影響催化劑對反應的選擇性，圖中溫度影響催化劑選擇性。（4）銅電極和電源的正極相連，做陽極，失去電子發(fā)生氧化反應，電極反應式是2Cu－2e－＋2OH－＝Cu2O＋H2O；

（1）反應的焓變△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能=（4×3×d+3b-2×c-6×2×a）kJ/mol=(12d+3b-2c-12a)kJ·molˉ1。（2）加入催化劑，改變反應途徑，降低反應的活化能，增加了活化分子百分數，化學反應速率增大，A正確；對于反應4NH3（g）+5O2（g）?4NO（g）+6H2O（g），應是 6v正（NH3）=4v逆（H2O）時，反應達到平衡狀態(tài)，B錯誤；當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，與n（NO）/n（NH3）=1無關，C錯誤,故選A。（3）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；②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）+5O24NO（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 c4（NO）c6（H2O）/c4（NH3）c5（O2）=0．24×0．96、0．44×1.455；③使用催化劑不影響平衡移動，加快反應速率，縮短到達平衡的時間，A錯誤；使用催化劑不影響平衡移動，加快反應速率，縮短到達平衡的時間，B錯誤；增大NH3和O2的初始投料比，平衡常數不變，不影響催化劑對反應的選擇性，C錯誤；投料比不變，增加反應物的濃度，平衡常數不變，不影響催化劑對反應的選擇性，D錯誤；由圖可知低溫有利于氮氣的生成，降低反應溫度有利于提高 NH3轉化為 N2平衡轉化率，E正確。故選E。（4）在電解池中，當陽極是活潑電極時，該電極本身發(fā)生失電子的氧化反應，在堿性環(huán)境下，金屬銅失去電子被氧化生成氧化亞銅，電極反應式為2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O，陰極的電極反應式為2H2O+2e—=H2↑+2OH-，由電極反應式可知，當有1molOH-通過陰離子交換膜時，有0.5molCu2O生成，則有NA個陰離子通過離子交換膜時，生成0.5molCu2O生成，0.5molCu2O的質量為72g。