Question

4．催化剂是在化学反应前后质量和化学性质不变的物质，研究表明催化剂有吸附和解吸过程．
（1）铁通过对N₂、H₂吸附和解吸可作为合成氨的固体催化剂．若用分别表示N₂、H₂、NH₃和固体催化剂，则在固体催化剂表面合成氨的过程可用图1表示：

①吸附后，能量状态最低的是C（填字母序号）．
②由上述原理，在铁表面进行NH₃的分解实验，发现分解速率与浓度关系如图2．从吸附和解吸过程分析，c₀前速率增加的原因可能是随着气相NH₃浓度的增加，催化剂的吸附率升高，固相NH₃浓度增加，NH₃的分解速率加快；c₀后速率降低的原因可能是催化剂吸附达到饱和，同时不利于解吸，NH₃的分解速率降低．
（2）二氧化锰可以作为过氧化氢分解的催化剂，请写出在酸性条件下二氧化锰参与过氧化氢分解的离子反应方程式：MnO₂+H₂O₂+2H⁺=Mn²⁺+2H₂O+O₂↑、Mn²⁺+H₂O₂=MnO₂↓+2H⁺．
（3）将等物质的量的N₂、H₂放入一密闭容器中发生反应，达到平衡后，N₂的体积分数为50%．

Answer 1

分析 （1）①化学键的断裂要吸收能量，且该反应放热；
②c₀前氨的浓度增加，导致反应速率加快；c₀后由于氨分子浓度太大阻碍N₂和H₂的解吸；
（2）根据二氧化锰有氧化性，将过氧化氢氧化生成氧气，生成的锰离子又3被过氧化氢氧化到+4价的二氧化锰；
（3）设氮气氢气的初始量为1mol，反应氮气x，根据三段式计算平衡时各物质的量，计算氮气的体积分数．

解答 解：（1）①由于化学键的断裂要吸收能量，故活化状态B的能量高于初始状态A的能量，而此反应为放热反应，故初始状态A的能量高于末态C的能量，故C的能量最低；
故答案为：C；
②c₀前氨的浓度增加，导致反应速率加快；c₀后由于氨分子浓度太大阻碍N₂和H₂的解吸，故反应速率减慢；
故答案为：随着气相NH₃浓度的增加，催化剂的吸附率升高，固相NH₃浓度增加，NH₃的分解速率加快；催化剂吸附达到饱和，同时不利于解吸，NH₃的分解速率降低；
（2）二氧化锰有氧化性，将过氧化氢氧化生成氧气，生成的锰离子又3被过氧化氢氧化到+4价的二氧化锰，所以反应为：MnO₂+H₂O₂+2H⁺=Mn²⁺+2H₂O+O₂↑； Mn²⁺+H₂O₂=MnO₂↓+2H⁺；
故答案为：MnO₂+H₂O₂+2H⁺=Mn²⁺+2H₂O+O₂↑； Mn²⁺+H₂O₂=MnO₂↓+2H⁺
（3）设氮气氢气的初始量为1mol，反应氮气x，根据三段式：
                        N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：1           1                 0
转化量（mol）：x           3x               2x
平衡量（mol）：1-x         1-3x            2x
则N₂的体积分数为$\frac{1-x}{1-x+1-3x+2x}$×100%=$\frac{1-x}{2×（1-x）}$×100%=50%；
答案为：50%．

点评 本题考查化学平衡计算、催化剂在反应中的作用，侧重考查学生分析计算能力，正确解读题目给出的信息是解决信息性题目的关键，要善于从信息中捕捉最有效的信息用来处理问题题目，难度中等．