Question

【題目】在生產(chǎn)生活中氮及其化合物的應(yīng)用和處理已引起廣泛關(guān)注。

（1）合成氨的反應(yīng)原理為N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH = -92.4 kJ/mol，如下圖所示，將6 mol N2和14 mol H2充入一容積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)開始時(shí)活塞的位置如圖1所示，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，活塞位置如圖2所示，下列表述能用來判斷圖2所示狀態(tài)已達(dá)平衡的是________，則該條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)為________。

A．活塞不再移動 B．容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)不再改變

C．容器內(nèi)氣體密度不再改變 D．容器內(nèi)氣體的平均分子質(zhì)量不再改變

（2）研究者通過探索，發(fā)現(xiàn)利用反向燃料電池可以在溫和的條件下將電解水制氫與氮、氫反應(yīng)制氨合并（即將電解產(chǎn)生的活性氫作為中間產(chǎn)物直接還原氮?dú)猓�，其工作原理示意圖如下：寫出陰極電極方程式________。

（3）SCR法是工業(yè)上消除氮氧化物的常用方法，反應(yīng)原理為：4NH3(g)+4NO(g)+ O2(g)4N2(g)+6H2O(g)，

①已知4NH3(g)+ 3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) ΔH1 = -1269.0 kJ/mol；

N2(g)+ O2(g)2NO(g) ΔH2 = +180.8 kJ/mol

則反應(yīng)4NH3(g)+4NO(g)+ O2(g)4N2(g)+6H2O(g)的ΔH = ________。

②將一定比例的O2、NH3和NOx的混合氣體，勻速通入裝有催化劑M的反應(yīng)容器中反應(yīng)10時(shí)測得NOx的去除率隨反應(yīng)溫度的變化曲線如下圖所示，請解釋當(dāng)反應(yīng)溫度高于380℃時(shí)NOx的去除率隨溫度升高先迅速下降后緩慢下降的原因________。

③請?jiān)谙聢D中畫出反應(yīng)8min時(shí)NOx的去除率隨溫度變化的曲線。___

Answer 1

【答案】ACD 0.5 N2 + 6H++6e- = 2NH3 -1630.6 kJ/mol 快速下降：催化劑活性下降；發(fā)生了副反應(yīng)，NH3與O2反應(yīng)生成了NO。緩慢下降：溫度較高時(shí)速率較快，此時(shí)反應(yīng)已達(dá)平衡，因反應(yīng)放熱，隨溫度升高平衡左移

【解析】

（1）根據(jù)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，各組分的物質(zhì)的量、百分含量保持不變進(jìn)行分析；同溫同壓下，體積之比等于物質(zhì)的量之比，據(jù)此計(jì)算平衡后反應(yīng)混合氣體的物質(zhì)的量，利用差量法計(jì)算參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量，再利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量，計(jì)算各組分平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；

（2）電解池原理中，陰極區(qū)氮?dú)獍l(fā)生還原反應(yīng)生成氨氣；

（3）根據(jù)蓋斯定律分析計(jì)算；

（4）剛開始時(shí)催化劑活性降低且有副產(chǎn)物，反應(yīng)放熱，隨后溫度升高不利于NOx的去除，據(jù)此分析作答。

（1）A. 容積可變的密閉容器，當(dāng)活塞不在移動，說明各組分的濃度和體積不再發(fā)生變化，即達(dá)到平衡狀態(tài)，故A項(xiàng)正確；

B. 容積可變的密閉容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)始終不變，則氣體的壓強(qiáng)不變不能說明是否已達(dá)到平衡狀態(tài)，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；

C. 容器內(nèi)氣體密度 = ，因氣體的總質(zhì)量保持不變，氣體的體積隨著反應(yīng)的進(jìn)行會發(fā)生變化，因此當(dāng)容器內(nèi)氣體密度保持不變時(shí)，說明已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C項(xiàng)正確；

D. 平均分子質(zhì)量 = ，反應(yīng)體系是氣體的總物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，因此當(dāng)容器內(nèi)的氣體平均分子質(zhì)量保持不變時(shí)，說明已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D項(xiàng)正確；

故答案選ACD。

同溫同壓下，氣體的體積之比等于物質(zhì)的量之比，因氣體的體積從圖示1到圖示2減少量為10 L-8 L = 2 L，則氣體物質(zhì)的量減少× 2 L = 4 mol，則

N2（g）+3H2（g）2NH3（g） 物質(zhì)的量減少△n
1 2
n（N2） 4 mol
故n（N2）=4mol× = 2mol，列出三段式如下：

則8 L的容器內(nèi)所得的氮?dú)�、氫氣、氨氣的平衡濃度分別為0.5mol/L、1mol/L、0.5mol/L，根據(jù)平衡常數(shù)的定義可知，K = = 0.5，

故答案為：ACD；0.5；

（2）根據(jù)題意，將電解產(chǎn)生的活性氫作為中間產(chǎn)物直接還原氮?dú)�，其陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：N2 + 6H++6e- = 2NH3，

故答案為：N2 + 6H++6e- = 2NH3；

（3）①4NH3(g)+ 3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) ΔH1 = -1269.0 kJ/mol ①；

N2(g)+ O2(g)2NO(g) ΔH2 = +180.8 kJ/mol ②，

根據(jù)蓋斯定律可知，反應(yīng)①-2反應(yīng)②即可得到目標(biāo)化學(xué)反應(yīng)方程式4NH3(g) + 4NO(g) + O2(g)4N2(g)+6H2O(g)，即ΔH = ΔH1-2ΔH2 = -1269.0 kJ/mol - 2×180.8 kJ/mol = -1630.6 kJ/mol，

故答案為-1630.6 kJ/mol；

②快速下降的原因?yàn)椋捍呋瘎┗钚韵陆担话l(fā)生了副反應(yīng)，NH3與O2反應(yīng)生成了NO。緩慢下降：溫度較高時(shí)速率較快，此時(shí)反應(yīng)已達(dá)平衡，因反應(yīng)放熱，隨溫度升高平衡左移，

故答案為：快速下降：催化劑活性下降；發(fā)生了副反應(yīng)，NH3與O2反應(yīng)生成了NO。緩慢下降：溫度較高時(shí)速率較快，此時(shí)反應(yīng)已達(dá)平衡，因反應(yīng)放熱，隨溫度升高平衡左移，；

③同一溫度下反應(yīng)到8 min 時(shí)NOx的初始濃度較10 min的高，則去除率比反應(yīng)10 min的去除率略低，最終去除率趨于一致，其變化曲線如下(紅線部分)：

,

故答案為：