Question

19．用NH₃催化還原N_xO_y可以消除氮氧化物的污染．
已知：反應(yīng)Ⅰ：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）△H₁
反應(yīng)Ⅱ：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂ （且|△H₁|=2|△H₂|）
反應(yīng)Ⅲ：4NH₃（g）+6NO₂（g）?5N₂（g）+3O₂（g）+6H₂O（l）△H₃
反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ在不同溫度時的平衡常數(shù)及其大小關(guān)系如下表

溫度/K	反應(yīng)I	反應(yīng)II	已知： K2＞K1＞K2′＞K1′
298	K1	K2
398	K1′	K2′

（1）△H₃=△H₁-3△H₂（用△H₁、△H₂的代數(shù)式表示）；推測反應(yīng)III是吸熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）
（2）相同條件下，反應(yīng)Ⅰ在2L密閉容器內(nèi)，選用不同的催化劑，反應(yīng)產(chǎn)生N₂的量隨時間變化如圖1所示．
①計算0～4分鐘在A催化劑作用下，反應(yīng)速率v（NO）=0.375mol•L^-1•min^-1．
②下列說法不正確的是CD．
A．單位時間內(nèi)H-O鍵與N-H鍵斷裂的數(shù)目相等時，說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡
B．若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)K值不變時，說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡
C．該反應(yīng)的活化能大小順序是：E_a（A）＞E_a（B）＞E_a（C）
D．增大壓強能使反應(yīng)速率加快，是因為增加了活化分子百分?jǐn)?shù)
（3）一定條件下，反應(yīng)II達(dá)到平衡時體系中n（NO）：n（O₂）：n（NO₂）=2：1：2．在其它條件不變時，再充入NO₂氣體，NO₂體積分?jǐn)?shù)不變（填“變大”、“變小”或“不變”）
（4）電化學(xué)氣敏傳感器可用于監(jiān)測環(huán)境中NH₃的含量，其工作原理示意圖如圖2． 溶液中OH^-向電極a移動（填a或b），負(fù)極的電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）已知K₁＞K₁′，說明隨溫度升高，K減小，則反應(yīng)Ⅰ為放熱反應(yīng)，△H₁＜0；K₂＞K₂′，說明隨溫度升高，K減小，則反應(yīng)II為放熱反應(yīng)，△H₂＜0；反應(yīng)I-反應(yīng)II×3得到反應(yīng)III，則△H₃=△H₁-3△H₂，據(jù)此分析；
（2）①已知4分鐘時氮氣為2.5mol，則消耗的NO為3mol，根據(jù)v（NO）=$\frac{△c}{△t}$計算；
②A．相同時間內(nèi)生成的氮氣的物質(zhì)的量越多，則反應(yīng)速率越快，活化能越低；
B．改變壓強，活化分子百分?jǐn)?shù)不變；
C．單位時間內(nèi)H-O鍵斷裂表示逆速率，N-H鍵斷裂表示正速率，正逆速率相同則反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡；
D．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，恒容絕熱的密閉容器中，反應(yīng)時溫度會升高，則K會減小；
（3）恒溫恒壓容器，再充入NO₂氣體，則與原來的平衡為等效平衡；若恒溫恒容容器中，再充入NO₂氣體，容器中壓強增大，則平衡正向移動；
（4）Pt電子通入氨氣生成氮氣，說明氨氣被氧化，為原電池負(fù)極，則b為正極，氧氣得電子被還原，結(jié)合電極方程式解答該題．

解答 解：（1）已知K₁＞K₁′，說明隨溫度升高，K減小，則反應(yīng)Ⅰ為放熱反應(yīng)，△H₁＜0；K₂＞K₂′，說明隨溫度升高，K減小，則反應(yīng)II為放熱反應(yīng)，△H₂＜0；反應(yīng)I-反應(yīng)II×3得到反應(yīng)III，則△H₃=△H₁-3△H₂，已知|△H₁|=2|△H₂|，所以△H₃=△H₁-3△H₂=|△H₂|＞0，即反應(yīng)III為吸熱反應(yīng)，故答案為：△H₁-3△H₂；吸熱；
（2）①已知4分鐘時氮氣為2.5mol，則消耗的NO為3mol，所以v（NO）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{3mol}{2L}}{4min}$=0.375mol•L^-1•min^-1，故答案為：0.375mol•L^-1•min^-1；
②A．單位時間內(nèi)H-O鍵斷裂表示逆速率，N-H鍵斷裂表示正速率，單位時間內(nèi)H-O鍵與N-H鍵斷裂的數(shù)目相等時，則消耗的NH₃和消耗的水的物質(zhì)的量之比為4：6，則正逆速率之比等于4：6，說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡，故A不選；
B．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，恒容絕熱的密閉容器中，反應(yīng)時溫度會升高，則K會減小，當(dāng)K值不變時，說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡，故B不選；
C．相同時間內(nèi)生成的氮氣的物質(zhì)的量越多，則反應(yīng)速率越快，活化能越低，所以該反應(yīng)的活化能大小順序是：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C），故C選；
D．增大壓強能使反應(yīng)速率加快，是因為增大了活化分子數(shù)，而活化分子百分?jǐn)?shù)不變，故D選；
故答案為：CD；
（3）一定條件下，反應(yīng)II2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）達(dá)到平衡時體系中n（NO）：n（O₂）：n（NO₂）=2：1：2．在其它條件不變時，恒溫恒壓條件下，再充入NO₂氣體，則與原來的平衡為等效平衡，則NO₂體積分?jǐn)?shù)與原來平衡相同；故答案為：不變；
（4）因為a極為負(fù)極，則溶液中的陰離子向負(fù)極移動，負(fù)極是氨氣發(fā)生氧化反應(yīng)變成氮氣，且OH^-向a極移動參與反應(yīng)，故電極反應(yīng)式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案為：a；2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

點評 本題考查了化學(xué)平衡影響因素分析判斷、平衡常數(shù)的應(yīng)用、反應(yīng)速率計算、平衡狀態(tài)的判斷、電極反應(yīng)式書寫等，題目難度較大，側(cè)重于考查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力．