Question

【題目】含氮化合物對(duì)環(huán)境、生產(chǎn)和人類生命活動(dòng)等具有很大的影響。請(qǐng)按要求回答下列問(wèn)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(yīng)機(jī)理如圖所示。A包含物質(zhì)為H2O和________(填化學(xué)式)。

(2)已知：

4NH3(g)＋6NO(g)＝5N2(g)＋6H2O(g) ΔH1＝－a kJ·mol－1

4NH3(g)＋5O2(g)＝4NO(g)＋6H2O(g) ΔH2＝－b kJ·mol－1

則反應(yīng)4NH3(g)＋3O2(g)＝2N2(g)＋6H2O(g)的ΔH＝________ kJ·mol－1。

(3)工業(yè)上利用氨氣生產(chǎn)氫氰酸(HCN)的反應(yīng)為CH4(g)＋NH3(g)HCN(g)＋3H2(g)　ΔH＞0。

①其他條件一定，達(dá)到平衡時(shí)NH3轉(zhuǎn)化率隨外界條件X變化的關(guān)系如圖所示。則X可以是________(填字母)。

a．溫度　　 b．壓強(qiáng)　 c．催化劑　　 d．

②在一定溫度下，向2 L密閉容器中加入 n mol CH4和2 mol NH3，平衡時(shí)NH3體積分?jǐn)?shù)隨n變化的關(guān)系如下圖所示。a點(diǎn)時(shí)，CH4的轉(zhuǎn)化率為_______%；平衡常數(shù)：K(a)____K(b)(填“＞”“＝”或“＜”)。

(4)肌肉中的肌紅蛋白(Mb)與O2結(jié)合生成MbO2，其反應(yīng)原理可表示為Mb(aq)＋O2(g) MbO2(aq)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)可表示為K＝。在37 ℃條件下達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得肌紅蛋白的結(jié)合度(α)與p(O2)的關(guān)系如圖所示。[α＝×100%]。研究表明正反應(yīng)速率v正＝k正·c(Mb)·p(O2)，逆反應(yīng)速率v逆＝k逆·c(MbO2)(其中k正和k逆分別表示正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率常數(shù))。試求出圖中c點(diǎn)時(shí)，上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=________。已知k逆＝60 s－1，則速率常數(shù)k正=________s－1。

Answer 1

【答案】N2 - bd 25 = 2 120

【解析】

(1)根據(jù)原子守恒分析、解答；

(2)根據(jù)蓋斯定律，將已知熱化學(xué)方程式疊加，可得待求反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

(3)①根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)平衡的因素分析；

②a點(diǎn)時(shí)，n(CH4)=2 mol，平衡時(shí)NH3體積分?jǐn)?shù)為30%，設(shè)轉(zhuǎn)化CH4的物質(zhì)的量為x，根據(jù)物質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系計(jì)算平衡時(shí)CH4的轉(zhuǎn)化率，利用化學(xué)平衡常數(shù)K與溫度關(guān)系分析；

(4)根據(jù)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)正、逆反應(yīng)速率相等計(jì)算出k正、k逆與平衡常數(shù)K的關(guān)系；圖示可知c點(diǎn)時(shí)p(O2)=4.5 kPa，α＝×100%=90%，則生成的c(MbO2)=0.9c(Mb)初始，平衡時(shí)的c(Mb)=0.1 c(Mb)初始，據(jù)此計(jì)算，再根據(jù)①的結(jié)果可得k正。

(1)由圖示有方程：[(NH4)2(NO2)]2++NO=[(NH4)(HNO2)]++A+H+，根據(jù)原子守恒，可得A為N2+H2O；

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

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

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

(3)①圖象趨勢(shì)為平衡時(shí)NH3轉(zhuǎn)化率隨外界條件X增大而減小。

a．該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡正向移動(dòng)，NH3轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而增大，與圖形不符，a錯(cuò)誤；

b．該反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，NH3轉(zhuǎn)化率隨壓強(qiáng)增大而減小，與圖形符合，b正確；

c．催化劑能同等倍數(shù)的影響正、逆反應(yīng)速率，因此對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)無(wú)影響，c錯(cuò)誤；

d．越大，代表氨氣的量越大，有利于正反應(yīng)，但是氨氣的轉(zhuǎn)化率卻隨著氨氣的增多而減小，與圖形相符合，d正確；

故合理選項(xiàng)是bd；

②a點(diǎn)時(shí)，n(CH4)=2 mol，n(NH3)=2 mol，設(shè)轉(zhuǎn)化CH4的物質(zhì)的量為x，根據(jù)反應(yīng)方程式CH4(g)＋NH3(g)HCN(g)＋3H2(g)中物質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系可知：平衡時(shí)產(chǎn)生HCN的物質(zhì)的量為x mol，H2的物質(zhì)的量為3x mol，則平衡時(shí)剩余CH4(g)與NH3(g)的物質(zhì)的量都是(2-x) mol，由于平衡時(shí)NH3體積分?jǐn)?shù)為30%，所以=30%，解得x=0.5 mol，所以CH4的轉(zhuǎn)化率=×100%=25%；

a點(diǎn)和b點(diǎn)溫度相同，這兩點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)也相同，即K(a)=K(b)；

(4)已知正反應(yīng)速率v正=k正c(Mb)p(O2)，逆反應(yīng)速率v逆=k逆c(MbO2)，平衡時(shí)，v正=v逆，則k正c(Mb)p(O2)= k逆c(MbO2)，=K；

由圖可知：c點(diǎn)時(shí)，p(O2)=4.5 kPa，α＝×100%=90%，則生成的c(MbO2)=0.9c(Mb)初始，平衡時(shí)的c(Mb)=0.1c(Mb)初始，則K==2 kPa-1；已知k逆=60 s-1，又K==2，則速率常數(shù)k正=K·k逆=120 s-1kPa-1。