题目内容
【题目】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。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=―905.0 kJ·molˉ1
反应 II：4NH3(g)+3O2(g)
2N2(g) +6H2O(g) △H=？
（1）
化学键 | H—O | O===O | N≡N | N—H |
键能kJ·molˉ1 | a | b | c | d |
△H=__________________ 。
（2）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I，则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n(NO)/n(NH3)=1时，说明反应已达平衡
（3）氨催化氧化时会发生上述两个竞争反应I、II。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 NH3和2mol O2，测得有关物质的量关系如下图：
①该催化剂在高温时选择反应____________ (填“ I ”或“ II”）。
②520℃时，4NH3(g)+5O2
4NO(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）。
③有利于提高NH3转化为N2平衡转化率的措施有_______________
A．使用催化剂Pt/Ru
B．使用催化剂Cu/TiO2
C．增大NH3和O2的初始投料比
D．投料比不变，增加反应物的浓度
E．降低反应温度
（4）纳米级Cu2O 由于具有优良的催化性能而受到关注，工业上常用电解法Cu2O，其反应为2Cu+H2O
Cu2O+H2↑ 采用离子交换膜控制电解液中OH-的浓度而制备纳米Cu2O，装置如图所示，则阳极上的电极反应式为___________________，当生成_______克Cu2O时，就会有NA个阴离子通过离子交换膜。
【答案】△H=(12d+3b-2c-12a)kJ·molˉ1AI 0．24×0．96/0．44×1.455E2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O72
【解析】
（1）反应的焓变△H=反应物总键能-生成物总键能。（2）催化剂改变反应途径，降低反应活化能；不同物质表示的正、逆反应速率之比等于化学计量数之比时，反应达到平衡状态；当反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变。（3）①根据生成物氮气、NO的物质的量判断催化剂对反应的选择性；②520℃平衡时n（NO）=n（N2）=0.2mol，利用方程式计算两个反应消耗的氨气、氧气物质的量以及生成的水的物质的量，可以计算平衡时氨气与氧气物质的量，由于容器体积为1L，利用物质的量代替浓度带入K=c4（NO）c6（H2O）/c4（NH3）c5（O2）计算；③催化剂不影响平衡移动，改变浓度与投料比不影响催化剂对反应的选择性，图中温度影响催化剂选择性。（4）铜电极和电源的正极相连，做阳极，失去电子发生氧化反应，电极反应式是2Cu－2e－＋2OH－＝Cu2O＋H2O；
（1）反应的焓变△H=反应物总键能-生成物总键能=（4×3×d+3b-2×c-6×2×a）kJ/mol=(12d+3b-2c-12a)kJ·molˉ1。（2）加入催化剂，改变反应途径，降低反应的活化能，增加了活化分子百分数，化学反应速率增大，A正确；对于反应4NH3（g）+5O2（g）?4NO（g）+6H2O（g），应是 6v正（NH3）=4v逆（H2O）时，反应达到平衡状态，B错误；当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，与n（NO）/n（NH3）=1无关，C错误,故选A。（3）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）+5O2
4NO（g）+6H2O（g）
变化（mol ）：0.2 0.25 0.2 0.3
4NH3（g）+3O2（g）2N2（g）+6H2O（g）
变化（mol ）：0.4 0.3 0.2 0.6
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K c4（NO）c6（H2O）/c4（NH3）c5（O2）=0．24×0．96、0．44×1.455；③使用催化剂不影响平衡移动，加快反应速率，缩短到达平衡的时间，A错误；使用催化剂不影响平衡移动，加快反应速率，缩短到达平衡的时间，B错误；增大NH3和O2的初始投料比，平衡常数不变，不影响催化剂对反应的选择性，C错误；投料比不变，增加反应物的浓度，平衡常数不变，不影响催化剂对反应的选择性，D错误；由图可知低温有利于氮气的生成，降低反应温度有利于提高 NH3转化为 N2平衡转化率，E正确。故选E。（4）在电解池中，当阳极是活泼电极时，该电极本身发生失电子的氧化反应，在碱性环境下，金属铜失去电子被氧化生成氧化亚铜，电极反应式为2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O，阴极的电极反应式为2H2O+2e—=H2↑+2OH-，由电极反应式可知，当有1molOH-通过阴离子交换膜时，有0.5molCu2O生成，则有NA个阴离子通过离子交换膜时，生成0.5molCu2O生成，0.5molCu2O的质量为72g。
