Question

【题目】科学家寻找高效催化剂，通过如下反应实现大气污染物转化：

(1)NH3作为一种重要化工原料，被大量应用于工业生产，与其有关性质反应的催化剂研究曾被列入国家863计划。在恒温恒容装置中充入一定量的NH3和O2，在某催化剂的作用下进行反应4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g) +6H2O(g) △H＜0，测得不同时间的NH3和O2的浓度如下表：

时间(min)	0	5	10	15	20	25
c(NH3)/mol·L-1	1.00	0.36	0.12	0.08	0. 0072	0.0072
c(O2)/mol·L-1	2.00	1.20	0.90	0.85	0.84	0.84

①前10分钟内的平均速率v(NO)=___________________mol·L-1·min-1

②下列有关叙述中正确的是______________

A.使用催化剂时，可降低该反应的活化能，加快其反应速率

B.若测得容器内4v正(NH3)=6v逆(H2O)时，说明反应已达平衡

C.当容器内气体的密度不变时，说明反应已达平衡

D.若该反应的平衡常数K值变大，在平衡移动过程中正反应速率先增大后减小

(2)氨催化氧化时会发生下述两个竞争反应I、II。催化剂常具有较强的选择性，即专一性。

已知：反应I 4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g) +6H2O(g) △H＜0

反应 II：4NH3(g)+3O2(g) 2N2(g) +6H2O(g) △H＜0

为分析某催化剂对该反应的选择性，在1L密闭容器中充入1 mol NH32mol O2，测得有关物质的量关系如图：

①该催化剂在高温时选择反应____________ (填“ I ”或“ II”)。

②反应I的活化能Ea(正)________ Ea(逆) (填“小于”“等于”或“大于”)。

③520℃时，4NH3(g)+5O24NO(g)+6H2O(g)的平衡常数K=________________ (不要求得出计算结果，只需列出数字计算式)。

④C点比B点所产生的NO的物质的量少的主要原因_________________________。

(3)羟胺(NH2OH)的电子式_____________，羟胺是一种还原剂，可用作显像剂还原溴化银生成银单质和氮气，该反应的化学方程式为________________________________________。现用25.00mL0.049mol/L的羟胺的酸性溶液跟足量的硫酸铁溶液在煮沸条件下反应，生成的Fe2+恰好与24.50mL 0.020mol/L的KMnO4酸性溶液完全作用，则在上述反应中，羟胺的氧化产物是________________________。

Answer 1

【答案】0.088 A Ⅰ 小于 0.24×0.96/(0.44×1.455) 温度升高，催化剂的活性减弱，相同时间生成的NO减少(该反应为放热反应，当温度升高，平衡向左(逆反应)移动) 2NH2OH+2AgBr==N2↑+2Ag↓+2HBr+2H2O N2O

【解析】

(1)①可以计算出氨气或氧气的速率，根据速率比等于化学计量数之比，算出NO的速率；

②A.催化剂可以同等程度的降低正逆反应的活化能，加快其反应速率，故A正确；

B.正逆反应速率比不等于化学计量数之比，未达平衡，故B错误；

C.T、V、m（总）一定，密度一定，不能作为判断是否平衡的依据，故C错误；

D.因为正反应放热反应，若该反应的平衡常数K值变大，说明在降温，平衡移动过程中正反应速率减小，故D错误；

(2)①由图可知，该催化剂在高温时，生成的NO物质的量远大于氮气的，故该催化剂在高温下选择反应I；

②根据△H判断；

③在 1L 密闭容器中充入 1mol NH3和 2mol O2，520℃平衡时n（NO）=n（N2）=0.2mol，则：
4NH3（g）+5O24NO（g）+6H2O（g）
变化（mol ）： 0.20.25 0.20.3
4NH3（g）+3O2（g）2N2（g）+6H2O（g）
变化（mol ）：0.40.30.20.6
故平衡时，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，由于容器体积为1L，利用物质的量代替浓度计算平衡常数；

④该反应为放热反应，当温度升高，平衡向左(逆反应)移动；

(3) 根据稳定结构书写羟胺(NH2OH)的电子式；反应物羟胺和溴化银，产物银单质和氮气，书写化学方程式；关系式法计算；

(1)①v（NH3）=（1.00-0.12）/10=0.088 mol·L-1·min-1, 根据速率比等于化学计量数之比，算出NO的速率v（NO）=0.088 mol·L-1·min-1。

正确答案：0.088

②A.催化剂可以同等程度的降低正逆反应的活化能，加快其反应速率，故A正确；

B.正逆反应速率比不等于化学计量数之比，未达平衡，故B错误；

C.T、V、m（总）一定，密度一定，不能作为判断是否平衡的依据，故C错误；

D.因为正反应放热反应，若该反应的平衡常数K值变大，说明在降温，平衡移动过程中正反应速率减小，故D错误；

正确答案：A。

(2)①由图可知，该催化剂在高温时，生成的NO物质的量远大于氮气的，故该催化剂在高温下选择反应I；

正确答案：Ⅰ

②因为△H= Ea(正)- Ea(逆) ＜0,所以Ea(正) ＜Ea(逆)；

正确答案：＜。

③在 1L 密闭容器中充入 1mol NH3和 2mol O2，520℃平衡时n（NO）=n（N2）=0.2mol，则：
4NH3（g）+5O24NO（g）+6H2O（g）
变化（mol ）： 0.20.25 0.20.3
4NH3（g）+3O2（g）2N2（g）+6H2O（g）
变化（mol ）：0.40.30.20.6
故平衡时，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，n（NO）=0.2mol由于容器体积为1L，利用物质的量代替浓度计算平衡常数K=0.24×0.96/(0.44×1.455)；

正确答案：0.24×0.96/(0.44×1.455)。

④该反应为放热反应，当温度升高，平衡向左(逆反应)移动；

正确答案：温度升高，催化剂的活性减弱，相同时间生成的NO减少(该反应为放热反应，当温度升高，平衡向左(逆反应)移动)。

(3) 根据稳定结构书写羟胺(NH2OH)的电子式；反应物羟胺和溴化银，产物银单质和氮气，书写化学方程式2NH2OH+2AgBr==N2↑+2Ag↓+2HBr+2H2O；羟胺失去的电子数等于高锰酸钾得到的电子数，设羟胺氧化产物的化合价为+x，列等式5×24.50mL ×0.020mol/L=（x+1）×25.00mL×0.049mol/L，得x=1，故氧化产物为N2O；

正确答案： 2NH2OH+2AgBr==N2↑+2Ag↓+2HBr+2H2O N2O