Question

【題目】NH3作為一種重要化工原料，被大量應用于工業生產，與其有關性質反應的催化劑研究曾被列入國家863計劃。

(1)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·mol-1

反應 II : 4NH3(g)+3O2(g)2N2(g) +6H2O(g) △H= -1266.6 kJ·mol-1

寫出NO分解生成N2與O2的熱化學方程式_____。

(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 ,測得不同時間的NH3和O2,的濃度如下表：

時間(min)	0	5	10	15	20	25
c(NH3)/mol·L-1	1.00	0.36	0.12	0.08	0.072	0.072
c(O2)/mol L-1	2.00	1.20	0.90	0.85	0.84	0.84

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=1時，說明反應已達平衡

D.前10分鐘內的平均速率v( NO)=0.088 mol·L-1·min-1

(3)氨催化氧化時會發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該催化劑在低溫時選擇反應_______(填“ I ”或“ II”）。

② 52℃時，4NH3+3O22N2+6H2O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 C點比B點所產生的NO的物質的量少的主要原因________。

(4)制備催化劑時常產生一定的廢液，工業上常利用氫硫酸檢測和除去廢液中的Cu2+。

已知：25℃時，K1(H2S) =1.3×10-7，K1(H2S) =7.1×10-15，Ksp(CuS) =8.5×10-45

①在計算溶液中的離子濃度時，涉及弱酸的電離通常要進行近似處理。則0.lmol L-1氫

硫酸的pH≈______(取近似整數）。

②某同學通過近似計算發現0.lmol L-1氫硫酸與0.0lmol L-1氫硫酸中的c(S2-)相等，而且等于_____mol·L-1

③已知，某廢液接近于中性，若加入適量的氫硫酸，當廢液中c(Cu2+) >_____ mol·L-1(計算結果保留兩位有效數字），就會產生CuS沉淀。

Answer 1

【答案】⑴2NO(g)N2(g) +O2(g) △H= -180.8 kJ·mol-1

⑵AD

⑶①II ② ③該反應為放熱反應，當溫度升高，平衡向左(逆反應)移動

⑷① 4 ②7.1×10-15 ③1.2×10-30

【解析】(1)已知：反應I ：4NH3(g) +5O2(g)4NO(g) +6H2O(g) △H= -905.0 kJ·mol-1，反應 II : 4NH3(g)+3O2(g)2N2(g) +6H2O(g) △H= -1266.6 kJ·mol-1，根據蓋斯定律可知（ II-I）÷2可得2NO(g) =O2+N2(g) ，△H=[(-1266.6 kJ·mol-1)-(-905.0 kJ·mol-1)]÷2 = △H= -180.8 kJ·mol-1，NO分解生成N2與O2的熱化學方程式為2NO(g)N2(g) +O2(g) △H= -180.8 kJ·mol-1；

（2）A．催化劑的使用，可降低該反應的活化能，加快其反應速率，故A正確；B．當6v正(NH3) =4v逆(H2O)時可說明反應已達平衡，故B錯誤；C．容器內=1時，無法表明反應達到平衡，故C錯誤；D．前10分鐘內的平均速率v(NH3)=v( NO)= mol·L-1·min-1=0.088 mol·L-1·min-1，故D正確；答案為AD。

(3)①由圖示可知低溫時，容器主要產物為N2，則該催化劑在低溫時選擇進行反應II；

② 4NH3(g) +5O2(g)4NO(g) +6H2O

變化物質的量濃度（mol/L） 0.2 0.25 0.2 0.3

4NH3+3O22N2+6H2O

變化物質的量濃度（mol/L） 0.4 0.3 0.2 0.6

平衡物質的量濃度（mol/L） 0.4 1.45 0.2 0.9

故520℃時4NH3+3O22N2+6H2O的平衡常數K=；

③ 已知4NH3(g) +5O2(g)4NO(g) +6H2O(g) △H= -905.0 kJ·mol-1，正反應是放熱反應，當反應達到平衡后，溫度升高，平衡向左(逆反應)移動，導致NO的物質的量逐漸減小，即C點比B點所產生的NO的物質的量少；

(4)①多元弱酸電離時分步進行，但第一步是主要的，

H2SH+ + HS-

起始物質的量濃度（mol L-1） 0.1 0 0

起始物質的量濃度（mol L-1） x x x

起始物質的量濃度（mol L-1） 0.1-x x x

則K1(H2S) =1.3×10-7≈，解得x≈1.3×10-4mol L-1，0.l mol L-1氫硫酸的pH≈4；

②若0.lmol L-1氫硫酸與0.0lmol L-1氫硫酸中的c(S2-)相等，則可近似認為HS-的濃度和H+相等，此時K2(H2S) =[c(H+)c(S2-)]÷c(HS-)=7.1×10-15，c(S2-)=7.1×10-15mol L-1；

③溶液中c(S2-)為7.1×10-15mol·L-1，根據Ksp(CuS) =c(Cu2+) ×c(S2-)=8.5×10-45，可知c(Cu2+) =8.5×10-45÷7.1×10-15=1.2×10-30mol·L-1。