Question

2．NH₃作為一種重要化工原料，被大量應用于工業(yè)生產(chǎn)，與其有關性質(zhì)反應的 催化劑研究催化劑常具有較強的選擇性，即專一性．已知：
反應 I：4NH₃（g）+5O₂（g）$\stackrel{PtRu}{?}$4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0kJ•mol^-1 
反應 II：4NH₃（g）+3O₂（g）$?_{高溫}^{CU/TiO_{2}}$2N₂（g）+6H₂O（g）△H
（1）

化學鍵	H-O	O=O	N≡N	N-H
鍵能KJ•mol-1	463	496	942	391

△H=-1260KJ/mol．
（2）在恒溫恒容裝置中充入一定量的 NH₃ 和 O₂，在某催化劑的作用下進行反應 I，則下 列有關敘述中正確的是A．
 A．使用催化劑時，可降低該反應的活化能，加快其反應速率
B．若測得容器內(nèi) 4v 正（NH₃）=6v 逆（H₂O）時，說明反應已達平衡
C．當容器內(nèi) $\frac{n（NO）}{n（N{H}_{3}）}$=1 時，說明反應已達平衡
（3）氨催化氧化時會發(fā)生上述兩個競爭反應 I、II．為分析某催化劑對該反應的選擇性，在 1L 密閉容器中充入 1mol NH₃和 2mol O₂，測得有關物質(zhì)的量關系如圖：

①該催化劑在高溫時選擇反應I（填“I”或“II”）．
②520℃時，4NH₃（g）+5O₂?4NO（g）+6H₂O（g）的平衡常數(shù)K=$\frac{0．{2}^{4}×0．{9}^{6}}{0．{4}^{4}×1.4{5}^{5}}$（不要求得出計算結(jié)果，只需列出數(shù)字計算式）．
③有利于提高 NH₃ 轉(zhuǎn)化為 N₂ 平衡轉(zhuǎn)化率的措施有E
A．使用催化劑 Pt/Ru
B．使用催化劑 Cu/TiO₂
C．增大 NH₃和 O₂ 的初始投料比 
D．投料比不變，增加反應物的濃度 
E．降低反應溫度
（4）采用氨水吸收煙氣中的 SO₂，
①若氨水與 SO₂恰好完全反應生成正鹽，則此時溶液呈堿性（填“酸”或“堿”）． 常溫下弱電解質(zhì)的電離平衡常數(shù)如下：氨水：K_b=1.8×10^-5mol•L^-1；H₂SO₃：K_a1=1.3×10^-2mol•L^-1，K_a2=6.3×10^-8mol•L^-1
②上述溶液中通入SO₂（填“SO₂”或 NH₃”）氣體可使溶液呈中性，此時溶液中$\frac{c{（NH}_{4}^{+}）}{c（S{{O}_{3}}^{2-}）}$＞2（填“＞”“＜”或“=”）

Answer 1

分析 （1）反應的焓變△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能；
（2）A．催化劑改變反應途徑，降低反應活化能；
B．不同物質(zhì)表示的正、逆反應速率之比等于化學計量數(shù)之比時，反應達到平衡狀態(tài)；
C．當反應達到平衡狀態(tài)時，正、逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變；
（3）①根據(jù)生成物氮氣、NO的物質(zhì)的量判斷催化劑對反應的選擇性；
②520℃平衡時n（NO）=n（N₂）=0.2mol，利用方程式計算兩個反應消耗的氨氣、氧氣物質(zhì)的量以及生成的水的物質(zhì)的量，可以計算平衡時氨氣與氧氣物質(zhì)的量，由于容器體積為1L，利用物質(zhì)的量代替濃度帶入K=$\frac{{c}^{4}（NO）•{c}^{6}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）•{c}^{5}（{O}_{2}）}$計算；
③催化劑不影響平衡移動，改變濃度與投料比不影響催化劑對反應的選擇性，圖中溫度影響催化劑選擇性；
（4）①計算銨根離子與亞硫酸根的水解平衡常數(shù)進行判斷；
②根據(jù)亞硫酸銨溶液酸堿性選擇；根據(jù)電荷守恒計算判斷$\frac{c{（NH}_{4}^{+}）}{c（S{{O}_{3}}^{2-}）}$ 比值問題．

解答 解：（1）反應的焓變△H=反應物總鍵能-生成物總鍵能=4×3×391KJ/mol+3×496KJ/mol-2×942KJ/mol-6×2×463KJ/mol=-1260KJ/mol，
故答案為：-1260KJ/mol；
（2）A．加入催化劑，改變反應途徑，降低反應的活化能，增加了活化分子百分數(shù)，化學反應速率增大，故A正確；
B．對于反應4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），應是 6v _正（NH₃）=4v _逆（H₂O）時，反應達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，與 $\frac{n（NO）}{n（N{H}_{3}）}$=1 無關，故C錯誤．
故選：A；
（3）①由圖可知，該催化劑在高溫時，生成的NO物質(zhì)的量遠大于氮氣的，故該催化劑在高溫下選擇反應I，
故答案為：I；
②在 1L 密閉容器中充入 1mol NH₃和 2mol O₂，520℃平衡時n（NO）=n（N₂）=0.2mol，則：
                    4NH₃（g）+5O₂?4NO（g）+6H₂O（g）
變化（mol ）：0.2         0.25      0.2           0.3
                   4NH₃（g）+3O₂（g）?2N₂（g）+6H₂O（g）
變化（mol ）：0.4         0.3          0.2          0.6
故平衡時，n（NH₃）=1mol-0.2mol-0.4mol=0.4mol，n（O₂）=2mol-0.25mol-0.3mol=1.45mol，n（H₂O）=0.3mol+0.6mol=0.9mol，由于容器體積為1L，利用物質(zhì)的量代替濃度計算平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{4}（NO）•{c}^{6}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）•{c}^{5}（{O}_{2}）}$=$\frac{0．{2}^{4}×0．{9}^{6}}{0．{4}^{4}×1.4{5}^{5}}$，
故答案為：$\frac{0．{2}^{4}×0．{9}^{6}}{0．{4}^{4}×1.4{5}^{5}}$；
③A．使用催化劑不影響平衡移動，加快反應速率，縮短到達平衡的時間，故錯誤；
B．使用催化劑不影響平衡移動，加快反應速率，縮短到達平衡的時間，故錯誤；
C．增大 NH₃和 O₂ 的初始投料比，平衡常數(shù)不變，不影響催化劑對反應的選擇性，故錯誤；
D．投料比不變，增加反應物的濃度，平衡常數(shù)不變，不影響催化劑對反應的選擇性，故錯誤；
E．由圖可知低溫有利于氮氣的生成，降低反應溫度有利于提高 NH₃ 轉(zhuǎn)化為 N₂ 平衡轉(zhuǎn)化率，故正確．
故選：E；
（4）①K_h（NH₄⁺）=$\frac{Kw}{Kb}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1.8×1{0}^{-5}}$≈5.6×10^-10，K_h（SO₃^2-）=$\frac{Kw}{{K}_{a2}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{6.3×1{0}^{-8}}$≈1.6×10^-7，銨根離子水解由于K_h（NH₄⁺）＜K_h（SO₃^2-），故亞硫酸銨溶液呈堿性，
故答案為：堿；
②亞硫酸銨溶液呈堿性，需要通入酸性氣體可使溶液呈中性，即上述溶液中通入SO₂氣體可使溶液呈中性，
由電荷守恒有：c（H⁺）+c（NH₄⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-）+c（OH^-），中性條件下c（H⁺）=c（OH^-），聯(lián)立可得：c（NH₄⁺）=2c（SO₃^2-）+c（HSO₃^-），則$\frac{c{（NH}_{4}^{+}）}{c（S{{O}_{3}}^{2-}）}$＞2，
故答案為：＞．

點評 本題考查反應熱計算、化學平衡狀態(tài)及其影響因素、對圖象的分析問題、化學平衡常數(shù)計算、電離平衡常數(shù)應用、離子濃度比較等，屬于拼合型題目，是高考熱點題型，平衡常數(shù)計算為易錯點，關鍵是平衡體系中氨氣與氧氣濃度有關計算．