Question

1．研究发现，NOx是雾霾的主要成分之一，NH₃催化还原氮氧化物（SCR）技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术．
已知：
①4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H₁=-907.28kJ•mol^-1
②4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H₂=-1269.02kJ•mol^-1
③4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（g）△H₃
（1）对于反应③，△H₃=-1811.63KJ/mol，△S=＞0（填＞、＜或=），在任意温度下发生自发反应（选填”较低温度“、“较高温度”或“任意温度”）．
（2）利用反应③消除氮氧化物的污染，相同条件下，在2L恒容密闭容器中，选用不同的催化剂，反应产生N₂的物质的量随时间变化如图所示．
①0～50s在A催化剂作用下，反应速率v（N₂）=6.25×10^-2mol•L^-1•s^-1．
②下列说法正确的是CD
A．该反应的活化能大小顺序是：E_a（A）＞E_a（B）＞E_a（C）
B．使用催化剂A达到平衡时，N₂最终产率更大
C．单位时间内H-O键与N-H键断裂的数目相等时，说明反应已经达到平衡
D．若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K值不变时，说明反应已经达到平衡
（3）在氨气足量时，反应③在催化剂A作用下，经过相同时间，测得脱氮率随反应温度的变化情况如图2所示，据图可知，在相同的时间内，温度对脱氮率的影响300℃之前，温度升高脱氮率逐渐增大，300℃之后温度升高脱氮率逐渐减小，其可能的原因是300℃前反应未平衡，脱氮率决定于速率，温度越高速率越快，所以脱氮率增大，300℃之后反应达平衡，脱氮率决定于平衡的移动，该反应正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，脱氮率减小．（已知A、B催化剂在此温度范围内不失效）
（4）其他条件相同时，请在图2中补充在催化剂B作用下脱氮率随温度变化的曲线．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0，依据判断依据分析；
（2）①根据v=$\frac{△c}{△t}$，进行计算求解；
②A．反应速率越快活化能越小，该反应的活化能大小顺序是：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C）；
B．使用催化剂平衡不移动，N₂最终产率相同；
C．反应前后H-O键与N-H键的数目相等，所以单位时间内H-O键与N-H键断裂的数目相等时，说明正逆反应速率相等，反应已经达到平衡；
D．若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K值不变时，说明温度不变，反应已经达到平衡；
（3）由图可知300℃以前温度越高脱氮率越高，300℃后温度越高脱氮率越低；
（4）B催化剂的效率低，所以达平衡的时间长，平衡不移动，但最终的脱氮率不变，由此作图．

解答 解：（1）①4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H₁=-907.28kJ•mol^-1
②4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H₂=-1269.02kJ•mol^-1
③4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（g）△H₃=$\frac{5×②-3×①}{2}$=$\frac{5×（-1269.02）-3×（-907.28）}{2}$=-1811.63KJ/mol；4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（g）气体的物质的量增加，所以△S＞0，△H＜0、△S＞0，△H-T△S＜0，反应一定能自发进行，
故答案为：-1811.63KJ/mol；＞；任意温度；
（2）①v（N₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{2.5×1{0}^{-3}}{\frac{2}{50}}$=6.25×10^-2mol•L^-1•s^-1，故答案为：6.25×10^-2mol•L^-1•s^-1；
②A．反应速率越快活化能越小，该反应的活化能大小顺序是：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C），故错误；
B．使用催化剂平衡不移动，N₂最终产率相同，故错误；
C．反应前后H-O键与N-H键的数目相等，所以单位时间内H-O键与N-H键断裂的数目相等时，说明正逆反应速率相等，反应已经达到平衡，故正确；
D．若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K值不变时，说明温度不变，反应已经达到平衡，故正确；
故选CD；
（3）由图可知300℃以前温度越高脱氮率越高，300℃后温度越高脱氮率越低，原因可能是300℃前是平衡的建立过程，而300℃后是平衡的移动，
故答案为：300℃之前，温度升高脱氮率逐渐增大，300℃之后温度升高脱氮率逐渐减小；300℃前反应未平衡，脱氮率决定于速率，温度越高速率越快，所以脱氮率增大，300℃之后反应达平衡，脱氮率决定于平衡的移动，该反应正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，脱氮率减小；
（4）B催化剂的效率低，所以达平衡的时间长，平衡不移动，但最终的脱氮率不变，所以图象为，
故答案为：．

点评 本题考查较综合，涉及图象分析、盖斯定律、化学平衡移动的知识等，注意图象分析中的曲线的变化趋势，题目难度中等．