Question

某氮肥廠氨氮廢水中的氮元素多以NH₄⁺和NH₃?H₂O的形式存在．在微生物作用下，NH₄⁺經過兩步反應被氧化成N0₃^-，兩步反應的能量變化示意圖如下：

（1）1molNH₄⁺（aq）全部氧化成N0₃^-（aq）的熱化學方程式是

 

．
（2）在一定條件下，向廢水中加入CH₃0H，將HNO₃還原成N₂，若該反應消耗32gCH₃0H轉移6mol電子，則參加反應的還原劑和氧化劑的物質的量之比是

 

．
（3）超音速飛機在平流層飛行時，尾氣中的NO會破壞臭氧層．科學家正在研究利用催化技術將尾氣中的NO和CO轉變成CO₂和N₂，化學方程式如下：2N0+2C0?2CO₂+N₂ △H 
某溫度下用氣體傳感器測得不同的時間的NO和CO濃度如下表：

時間/s	0	1	2	3	4	5
c（NO）（×10-4mol?L-1）	10.0	4.50	2.50	1.50	1.00	1.00
c（CO）（×10-3mol?L-1）	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

請回答下列問題（均不考慮溫度變化對催化劑催化效率的影響）：
①在上述條件下反應能夠自發(fā)進行，則反應的△H

 

0（填寫“＞”、“＜”、“=”）
②在該溫度下，反應的平衡常數(shù)K=

 

（只寫出計算結果）；
③某同學設計了三組實驗，分別驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規(guī)律，部分實驗條件如下表：

實驗編號	T/℃	NO初始濃度/mol?L-1	CO初始濃度/mol?L-1	催化劑的比表面積/m2?g-1
Ⅰ	280	1.20×10-3	5.80×10-3	82
Ⅱ	280	1.20×10-3	5.80×10-3	124
Ⅲ	350	1.20×10-3	5.80×10-3	124

該同學畫出了表中三個實驗條件下，混合氣體中NO濃度隨時間變化的趨勢曲線圖，請在圖2上標明各條曲線的實驗編號

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,氧化還原反應,熱化學方程式

專題：化學反應中的能量變化,元素周期律與元素周期表專題,化學平衡專題

分析：（1）根據能量與反應的關系及蓋斯定律來分析；
（2）32gCH₃0H轉移6mol電子，即1mol還原劑參加反應轉移6mol電子，根據轉移的電子守恒來計算；
（3）①一般焓變減小的反應能自發(fā)進行；
②該反應4s時達到平衡，利用物質平衡時的濃度計算平衡常數(shù)；
③Ⅰ、Ⅱ的溫度相同，催化劑的比表面積大的反應速率大，達到平衡的時間少；
Ⅱ、Ⅲ的催化劑的比表面積相同，溫度不同，Ⅲ的溫度高，反應速率大，時間少，但平衡逆向移動，NO的濃度大，以此來解答．

解答： 解：（I）（1）第一步的熱化學方程式為NH₄⁺（aq）+1.5O₂（g）═NO₂^-（aq）+2H⁺（aq）+H₂O（l），△H=-273KJ/mol，
第二步的熱化學方程式為：NO₂^-（aq）+0.5O₂（g）═NO₃^-（aq），△H=-73KJ/mol，
根據蓋斯定律可得NH₄⁺（ap）+2O₂（g）═2H⁺（ ap）+H₂O（l）+NO₃^-（aq）△H=-346 kJ/mol，
故答案為：NH₄⁺（ap）+2O₂（g）═2H⁺（ ap）+H₂O（l）+NO₃^-（aq）△H=-346 kJ/mol；
（2）32gCH₃0H轉移6mol電子，即1mol還原劑參加反應轉移6mol電子，需要氧化劑的物質的量為

6mol

5

=1.2mol，
所以參加反應的還原劑和氧化劑的物質的量之比是1mol：1.2mol=5：6，故答案為：5：6；
（3）①因一般焓變減小的反應能自發(fā)進行，若在上述條件下反應能夠自發(fā)進行，則反應的△H＜0，故答案為：＜；
②該反應4s時達到平衡，
    2N0+2C0?2CO₂+N₂
開始10   36    0   0
轉化9    9     9   4.5
平衡1    27    9    4.5
則平衡常數(shù)K=

4.5×10-4×(9×10-4)2

(1×10-4)2×(9×10-4)2

=5000，故答案為：5000；
③Ⅰ、Ⅱ的溫度相同，催化劑的比表面積大的反應速率大，達到平衡的時間少；
Ⅱ、Ⅲ的催化劑的比表面積相同，溫度不同，Ⅲ的溫度高，反應速率大，時間少，但平衡逆向移動，NO的濃度大，則如圖所示，
故答案為：．

點評：本題綜合性較強，熟悉蓋斯定律計算反應熱、影響反應速率和化學平衡的因素、化學平衡的計算、氧化還原反應的計算等即可解答，題目難度中等．