Question

1．催化剂的活性与选择性是现代化学技术研究的重要内容．
I、催化剂改变活化能影响反应速率
（1）在汽车尾气排气管口将NO和CO转化成无污染气体．T℃时，分别将等物质的量的NO和CO充入两个容积均为2L的密闭容器中，保持温度和体积不变，分别历经途径I、Ⅱ反应．反应过程中NO的物质的量随时间变化如图甲所示．

①写出该反应的化学方程式2NO+2CO?2CO₂+N₂．
②l0min内途径II的反应速率v（N₂）=0.005mol/（L•min）；图乙反映了尾气处理的不同途径中反应体系能量变化与反应进程的关系，则途径I对应图乙中的A（填“A”或“B”）．汽车尾气排气管口使用催化剂可以提高污染物转化率，其原因是排气管是敞口容器，管中进行的反应为非平衡状态，该非平衡条件下，反应速率越快相同时间内污染物转化率越高．
Ⅱ、温度能提高催化剂的选择性
（2）氨催化氧化时会发生两个竞争反应I、Ⅱ．为分析温度对催化剂选择性的影响，在1L密闭容器中充入l mol NH₃和2mol O₂，测得有关物质的量关系如丙图．
①520℃时，4NH₃+3O₂?2N₂+6H₂O的平衡常数K的计算表达式为$\frac{0．{9}^{6}×0．{2}^{4}}{0．{4}^{4}×1.4{5}^{3}}$；
②工业制备HN0O₃，选择的最佳温度为840°C．
Ⅲ、催化剂的制备
（3）金属铜是有机合成催化剂，其纯度影响催化效果．现有铜的提纯利用如图丁装置．则阴极反应的电极反应式为Cu（NH₃）₄²⁺+2e^-=Cu+4NH₃；在4.825A的电流作用下通电l小时，可以获得纯铜5.76g（已知F=96500C/mol）．

Answer 1

分析 I、催化剂改变活化能影响反应速率
（1）①在汽车尾气排气管口将NO和CO转化成无污染气体生成二氧化碳和氮气；
②l0min内途径II中NO物质的量变化为0.4mol-0.2mol=0.2mol，反应速率v=$\frac{△c}{△t}$；途径Ⅰ达到平衡时间长，途径Ⅱ达到平衡状态需要时间短，A为活化能大，B为活化能小；排气管是敞口容器，管中进行的反应为非平衡状态；
Ⅱ、温度能提高催化剂的选择性
（2）①520℃时反应为4NH₃+5O₂=2N₂+6H₂O，4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，计算平衡浓度，平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
②工业制备硝酸需要氨气催化氧化生成一氧化氮，一氧化氮和氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮；
Ⅲ、催化剂的制备
（3）粗铜提纯过程中做阳极，精铜做阴极，电解质溶液中Cu（NH₃）₄²⁺得到电子生成铜，结合电极反应和电子守恒计算得到纯铜质量．

解答 解：（1）①在汽车尾气排气管口将NO和CO转化成无污染气体生成二氧化碳和氮气，反应的化学方程式为2NO+2CO?2CO₂+N₂，
故答案为：2NO+2CO?2CO₂+N₂；
②l0min内途径II中NO物质的量变化为0.4mol-0.2mol=0.2mol，生成氮气物质的量为0.1mol，l0min内途径II的反应速率v（N₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.1mol}{2L}}{10min}$=0.005mol/（L•min），途径Ⅰ达到平衡时间长，途径Ⅱ达到平衡状态需要时间短，A为活化能大，B为活化能小，途径I对应图乙中A，汽车尾气排气管口使用催化剂可以提高污染物转化率，是因为排气管是敞口容器，管中进行的反应为非平衡状态，该非平衡条件下，反应速率越快相同时间内污染物转化率越高，
故答案为：0.005mol/（L•min）；A；排气管是敞口容器，管中进行的反应为非平衡状态，该非平衡条件下，反应速率越快相同时间内污染物转化率越高；
（2）①520℃时反应     4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O
变化量（mol/L）          0.2    0.25     0.2    0.3
520℃时，4NH₃+3O₂?2N₂+6H₂O
起始量（mol/L）        1            2       0        0
变化量（mol/L） 0.4+0.2   0.3+0.25    0.2    0.6
平衡量（mol/L）     0.4        1.45         0.2     0.9
反应的平衡常数K的计算表达式为：K=$\frac{0．{9}^{6}×0．{2}^{4}}{0．{4}^{4}×1.4{5}^{3}}$，
故答案为：$\frac{0．{9}^{6}×0．{2}^{4}}{0．{4}^{4}×1.4{5}^{3}}$；
②图象丙分析可知840°C时生成一氧化氮其量最大，工业制备HNO₃，选择的最佳温度为840°C，
故答案为：840°C；
（3）粗铜提纯过程中做阳极，精铜做阴极，电解质溶液中Cu（NH₃）₄²⁺得到电子生成铜，阴极电极反应为：Cu（NH₃）₄²⁺+2e^-=Cu+4NH₃，在4.825A的电流作用下通电l小时，通过的电量=4.825A×3600s=17370C，通过电子物质的量=$\frac{17370C}{96500C/mol}$=0.18mol，生成获得纯铜物质的量=0.09mol，质量=0.09mol×64g/mol=5.76g，
故答案为：Cu（NH₃）₄²⁺+2e^-=Cu+4NH₃；5.76．

点评 本题考查了化学平衡影响因素、图象分析判断、化学平衡常数计算、电解原理和电子守恒的计算等，掌握基础是解题关键，题目难度中等．