Question

【題目】含氮化合物對環境、生產和人類生命活動等具有很大的影響。請按要求回答下列問題

(1)利用某分子篩作催化劑，NH3可脫除工廠廢氣中的NO、NO2，反應機理如下圖所示。A包含物質為H2O和___________(填化學式)

(2)已知：4NH3(g)+6NO(g) =5N2(g)+6H2O(g) △H1=－a kJ/mol

4NH3(g)+5O2(g)= 4NO(g)+6H2O(g) △H2=－b kJ/mol

H2O(l)=H2O(g) △H3=+c kJ/mol

則反應4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l)的△H=___________ kJ/mol

(3)工業上利用氨氣生產氫氰酸(HCN的反應為：CH4(g)+NH3(g)HCN(g)+3H2(g ) △H>0

①其他條件一定，達到平衡時NH3轉化率隨外界條件X變化的關系如圖甲所示。則X可以是___________(填字母序號)

a．溫度 b．壓強 c．催化劑 d．

②在一定溫度下，向2L密閉容器中加入 n mol CH4和2 moI NH3，平衡時NH3體積分數隨n變化的關系如圖乙所示。

a點時，CH4的轉化率為___________%；平衡常數：K(a)_____K(b)(填“>”“=”或“<”)。

(4)肌肉中的肌紅蛋白(Mb)與O2結合生成MbO2，其反應原理可表示為： Mb(ag)+O2(g)MbO2(aq)，該反應的平衡常數可表示為：。在37℃條件下達到平衡時，測得肌紅蛋白的結合度(a)與P(O2)的關系如圖丙所示[]。研究表明正反應速率ν正=k正·c(Mb) · P(O2)，逆反應速率ν逆=k逆·c(MbO2)(其中k正和k逆分別表示正反應和逆反應的速率常數)。

①試寫出平衡常數K與速率常數k正、k逆之間的關系式為K=___________(用含有k正、k逆的式子表示)。

②試求出圖丙中c點時，上述反應的平衡常數K=___________kPa－1。已知k逆=60s－1，則速率常數k正=___________s－1·kPa－1。

Answer 1

【答案】N2 bd 25 = 2 120

【解析】

(1)根據流程圖，可知NH3與廢氣中的NO、NO2反應產生氮氣和水；

(2)根據蓋斯定律，將已知的三個熱化學方程式疊加，就得到相應的反應的熱化學方程式；

(3)①CH4(g)+NH3(g)HCN(g)+3H2(g ) △H>0的正反應是氣體體積增大的吸熱反應，根據X越大，NH3的轉化率越小分析影響因素；

②根據加入2molNH3、2molCH4時，利用三段式法，結合平衡時氨氣含量是30%，計算出各種物質的平衡物質的量，再結合反應時二者消耗關系，可計算CH4的轉化率；并根據化學平衡常數的含義計算此時反應平衡常數；

(4)①根據可逆反應達到平衡狀態時，V正=V逆，結合平衡常數表達式計算K與K正、K逆的關系；

②將P(O2)=4.5kPa，肌紅蛋白的結合度(a)是90%，帶入平衡常數表達式可得K；將K=中的K、k逆帶入可得k正。

(1)根據流程圖可知NH3與廢氣中的NO、NO2反應，最終產生無毒無害的氮氣和水；

(2)①4NH3(g)+6NO(g) =5N2(g)+6H2O(g) △H1=－a kJ/mol

②4NH3(g)+5O2(g)= 4NO(g)+6H2O(g) △H2=－b kJ/mol

③H2O(l)=H2O(g) △H3=+c kJ/mol

根據蓋斯定律，將(①×2+②×3-③×30)×，整理可得4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l) △H=kJ/mol；

(3)①反應CH4(g)+NH3(g)HCN(g)+3H2(g )的正反應是氣體體積增大的吸熱反應，根據圖象可知：X越大，氨氣的轉化率越小。

a.升高溫度，化學平衡向吸熱的正反應方向移動，使氨氣的轉化率增大，a錯誤；

b.增大壓強，化學平衡向氣體體積減小的逆反應方向移動，使氨氣的轉化率降低，b正確

c.催化劑只能改變反應速率，但不能使化學平衡發生移動，因此對氨氣的轉化率無影響，c錯誤；

d.增大，相對來說氨氣增大的多，平衡正向移動，但平衡移動消耗量遠遠小于加入氨氣的量，所以氨氣的轉化率降低，d正確；

故合理選項是ad；

②對于反應：CH4(g) + NH3(g)HCN(g)+3H2(g )，假設反應消耗CH4物質的量為x

開始(mol) 2 2 0 0

轉化(mol) x x x 3x

平衡(mol) 2-x 2-x x 3x

根據圖象可知在平衡時氨氣的體積分數是30%，可得=30%，解得x=0.5，則a點時，CH4的轉化率為=25%；

由于溫度不變，所以無論是在線上任何一點，化學反應的平衡常數都不變，因此K(a)=K(b)；

(4)①可逆反應達到平衡狀態時，V正=V逆，由于ν正=k正·c(Mb)· P(O2)，ν逆=k逆·c(MbO2)，所以k正·c(Mb)· P(O2)= k逆·c(MbO2)，，而反應Mb(ag)+O2(g)MbO2(aq)的平衡常數K=；

②將C點時，P(O2)=4.5，肌紅蛋白的結合度(a)是90%帶入平衡常數表達式中可得K==2；

K=，由于K=2，k逆=60s-1帶入該式子，可得k正=Kk逆=2×60s-1=120s-1。