Question

【題目】催化劑是化工技術(shù)的核心，絕大多數(shù)的化工生產(chǎn)需采用催化工藝。

I．（1）催化劑的選擇性指在能發(fā)生多種反應(yīng)的反應(yīng)系統(tǒng)中，同一催化劑促進(jìn)不同反應(yīng)的程度的比較，實(shí)質(zhì)上是反應(yīng)系統(tǒng)中目的反應(yīng)與副反應(yīng)之間反應(yīng)速度競爭的表現(xiàn)。如圖所示為一定條件下1mol CH3OH與O2發(fā)生反應(yīng)時，生成CO、CO2或HCHO的能量變化圖[反應(yīng)物O2（g）和生成物H2O（g）略去]。在有催化劑作用下，CH3OH與O2反應(yīng)主要生成____（選填“CO或CO2或HCHO”）。

（2）2007年諾貝爾化學(xué)獎授予善于做“表面文章”的德國科學(xué)家哈德·埃特爾，他的成就之一是證實(shí)了氣體在固體催化劑表面進(jìn)行的反應(yīng)，開創(chuàng)了表面化學(xué)的方法論。埃特爾研究的氮?dú)夂蜌錃夥肿釉诠腆w催化劑表面發(fā)生的部分變化過程如圖所示：

①下列說法不正確的是____。

A 升高溫度可以提高一段時間內(nèi)NH3的生產(chǎn)效率

B 圖示中的②一③以及后面幾個過程均是放熱過程

C 此圖示中存在H-H鍵斷裂和N-N鍵斷裂，以及N-H鍵的形成過程

②合成氨工業(yè)中，原料氣（N2、H2及少量CO、NH3的混合氣）在進(jìn)入合成塔前常用Cu（NH3）2Ac（醋酸二氨合亞銅，Ac代表醋酸根）溶液來吸收原料氣中的CO，其反應(yīng)是：

生產(chǎn)中必須除去原料氣中CO的原因是 ___；Cu（NH3）2Ac溶液吸收原料氣中的CO的生產(chǎn)適宜條件應(yīng)是___。

Ⅱ．氮循環(huán)是指氮在自然界中的循環(huán)轉(zhuǎn)化過程，是生物圈內(nèi)基本的物質(zhì)循環(huán)之一，存在較多藍(lán)、綠藻類的酸性水體中存在如有圖所示的氮循環(huán)，請回答相關(guān)問題。

（3） NH4+硝化過程的方程式是2NH4++3O2 2HNO3+2H2O+2H+，恒溫時在亞硝酸菌的作用下發(fā)生該反應(yīng)，能說明體系達(dá)到平衡狀態(tài)的是____（填標(biāo)號）。

A 溶液的pH不再改變

B NH4+的消耗速率和H+的生成速率相等

C 溶液中NH4+、NH3H2O、HNO3、NO2-的總物質(zhì)的量保持不變

實(shí)驗(yàn)測得在其它條件一定時，NH4+硝化反應(yīng)的速率隨溫度變化曲線如下圖A所示，溫度高于35℃時反應(yīng)速率迅速下降的原因可能是 ___。

（4）亞硝酸鹽含量過高對人和動植物都會造成直接或間接的危害，因此要對亞硝酸鹽含量過高的廢水進(jìn)行處理。處理亞硝酸鹽的方法之一是用次氯酸鈉將亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽，反應(yīng)方程式是ClO-+ NO2-=NO3-+Cl-。在25℃和35℃下，分別向NO2-初始濃度為5×10-3 mol/L的溶液中按不同的投料比加人次氯酸鈉固體（忽略溶液體積的變化），平衡時NO2-的去除率和溫度、投料比的關(guān)系如上圖B所示，a、b、c、d四點(diǎn)ClO-的轉(zhuǎn)化率由小到大的順序是____，35℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=____（保留三位有效數(shù)字）。

Answer 1

【答案】HCHO C 防止CO使催化劑中毒 低溫、高壓 A 溫度過高使亞硝酸菌變性 d、c、b、a 2.67

【解析】

（1）根據(jù)圖象可知轉(zhuǎn)化為甲醛時活化能最低，所以使用催化劑時主要產(chǎn)物為HCHO。

答案為：HCHO。

（2）①A．N2中鍵能較大，常溫不易反應(yīng)，升高溫度可促使N2中化學(xué)鍵斷裂，加快反應(yīng)進(jìn)程，提高生產(chǎn)效率，A正確；

B．圖示中②→③及后面的幾個過程均為形成新的化學(xué)鍵N-H，而形成新的化學(xué)鍵要放出熱量，B正確；

C．此圖中①→②是N-N鍵斷裂，②以后為N-H鍵的形成，沒有出現(xiàn)H-H鍵斷裂的圖示，C錯誤；

答案選C。

② 生產(chǎn)中必須除去原料氣中的CO的原因是防止合成塔中的催化劑中毒，據(jù)題可知溶液吸收CO的正反應(yīng)為氣體體積減少的放熱反應(yīng)，在低溫、高壓的條件下有利于CO的吸收。

答案為：防止CO使催化劑中毒；低溫、高壓。

（3）A．由2NH4++3O2 2HNO3+2H2O+2H+可知，當(dāng)pH不變也就是H+不變則說明反應(yīng)達(dá)到平衡，A正確；

B．由反應(yīng)可知NH4+的消耗速率和H+的生成速率描述的都是正反應(yīng)，無法判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡，B錯誤；

C．在氮的循環(huán)中，氮元素的物質(zhì)的量始終保持不變，C錯誤；

由圖A可知35℃時反應(yīng)速率迅速下降是因?yàn)榉磻?yīng)中有亞硝酸菌參與，而溫度過高會使細(xì)菌亞硝酸菌中的蛋白質(zhì)發(fā)生變性，從而導(dǎo)致速率變慢。

答案為：A；溫度過高使亞硝酸菌變性。

（4）由圖像可知，a、b兩點(diǎn)溫度相同，都是25℃，由a點(diǎn)到b點(diǎn)，投料比不斷增大，可以理解為不斷增加n(ClO-)，NO2-的去除率不斷增大，而ClO-的轉(zhuǎn)化率不斷減小，所以ClO-的轉(zhuǎn)化率：a>b，同理可得：c>d，而c、d兩點(diǎn)，投料比相同，由b到c升高溫度，而NO2-的去除率不斷減小，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則ClO-的轉(zhuǎn)化率b>c，所以a、b、c、d四點(diǎn)ClO-的轉(zhuǎn)化率由小到大的順序是：d、c、b、a；NO2-初始濃度為5×10-3 mol/L，35℃當(dāng)投料比為2的時候，NO2-的去除率為80%，平衡時NO2-的轉(zhuǎn)化量為5×10-3 mol/L×80%=4×10-3 mol/L，用三段式進(jìn)行計(jì)算：

平衡常數(shù)K===2.67 。

答案為: d、c、b、a；2.67。