Question

【题目】在生产生活中氮及其化合物的应用和处理已引起广泛关注。

（1）合成氨的反应原理为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH = -92.4 kJ/mol，如下图所示，将6 mol N2和14 mol H2充入一容积可变的密闭容器中发生反应，反应开始时活塞的位置如图1所示，当反应达到平衡时，活塞位置如图2所示，下列表述能用来判断图2所示状态已达平衡的是________，则该条件下反应的平衡常数为________。

A．活塞不再移动 B．容器内气体压强不再改变

C．容器内气体密度不再改变 D．容器内气体的平均分子质量不再改变

（2）研究者通过探索，发现利用反向燃料电池可以在温和的条件下将电解水制氢与氮、氢反应制氨合并（即将电解产生的活性氢作为中间产物直接还原氮气），其工作原理示意图如下：写出阴极电极方程式________。

（3）SCR法是工业上消除氮氧化物的常用方法，反应原理为：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

则反应4NH3(g)+4NO(g)+ O2(g)4N2(g)+6H2O(g)的ΔH = ________。

②将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应容器中反应10时测得NOx的去除率随反应温度的变化曲线如下图所示，请解释当反应温度高于380℃时NOx的去除率随温度升高先迅速下降后缓慢下降的原因________。

③请在下图中画出反应8min时NOx的去除率随温度变化的曲线。___

Answer 1

【答案】ACD 0.5 N2 + 6H++6e- = 2NH3 -1630.6 kJ/mol 快速下降：催化剂活性下降；发生了副反应，NH3与O2反应生成了NO。缓慢下降：温度较高时速率较快，此时反应已达平衡，因反应放热，随温度升高平衡左移

【解析】

（1）根据反应达到平衡时，各组分的物质的量、百分含量保持不变进行分析；同温同压下，体积之比等于物质的量之比，据此计算平衡后反应混合气体的物质的量，利用差量法计算参加反应的氮气的物质的量，再利用三段式计算平衡时各组分的物质的量，计算各组分平衡浓度，代入平衡常数表达式计算；

（2）电解池原理中，阴极区氮气发生还原反应生成氨气；

（3）根据盖斯定律分析计算；

（4）刚开始时催化剂活性降低且有副产物，反应放热，随后温度升高不利于NOx的去除，据此分析作答。

（1）A. 容积可变的密闭容器，当活塞不在移动，说明各组分的浓度和体积不再发生变化，即达到平衡状态，故A项正确；

B. 容积可变的密闭容器内气体的压强始终不变，则气体的压强不变不能说明是否已达到平衡状态，故B项错误；

C. 容器内气体密度 = ，因气体的总质量保持不变，气体的体积随着反应的进行会发生变化，因此当容器内气体密度保持不变时，说明已经达到平衡状态，故C项正确；

D. 平均分子质量 = ，反应体系是气体的总物质的量减小的反应，因此当容器内的气体平均分子质量保持不变时，说明已经达到平衡状态，故D项正确；

故答案选ACD。

同温同压下，气体的体积之比等于物质的量之比，因气体的体积从图示1到图示2减少量为10 L-8 L = 2 L，则气体物质的量减少× 2 L = 4 mol，则

N2（g）+3H2（g）2NH3（g） 物质的量减少△n
1 2
n（N2） 4 mol
故n（N2）=4mol× = 2mol，列出三段式如下：

则8 L的容器内所得的氮气、氢气、氨气的平衡浓度分别为0.5mol/L、1mol/L、0.5mol/L，根据平衡常数的定义可知，K = = 0.5，

故答案为：ACD；0.5；

（2）根据题意，将电解产生的活性氢作为中间产物直接还原氮气，其阴极发生还原反应，电极反应式为：N2 + 6H++6e- = 2NH3，

故答案为：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，

根据盖斯定律可知，反应①-2反应②即可得到目标化学反应方程式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，

故答案为-1630.6 kJ/mol；

②快速下降的原因为：催化剂活性下降；发生了副反应，NH3与O2反应生成了NO。缓慢下降：温度较高时速率较快，此时反应已达平衡，因反应放热，随温度升高平衡左移，

故答案为：快速下降：催化剂活性下降；发生了副反应，NH3与O2反应生成了NO。缓慢下降：温度较高时速率较快，此时反应已达平衡，因反应放热，随温度升高平衡左移，；

③同一温度下反应到8 min 时NOx的初始浓度较10 min的高，则去除率比反应10 min的去除率略低，最终去除率趋于一致，其变化曲线如下(红线部分)：

,

故答案为：