题目内容
【题目】含氮化合物对环境、生产和人类生命活动等具有很大的影响。请按要求回答下列问题:
(1)已知:4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g) △H1=-akJ/mol
4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) △H2=-bkJ/mol
H2O(l)=H2O(g) △H3=+ckJ/mol
则NH3(g)在氧气中燃烧生成氮气和液态水的热化学方程式为___。
(2)在合成工氨业中,氮气在催化剂Fe上的吸附分解反应活化能高、速率慢,因此氮气的反应速率决定了合成氨的反应速率。工业生产中,控制温度773K,压强3.0×105pa,原料中n(N2):n(H2)=1:2.8。请分析说明原料气中N2过量的理由___。
(3)已知反应2NO(g)+O2(g)
2NO2(g),在恒温、恒容的密闭容器中按一定比例充入总物质的量一定的NO(g)和O2(g),平衡时NO2的体积分数[φ(NO2)]随
的变化如图所示。NO的转化率最小的是___点(填“a”、“b”、“c”);当
=1.5时,达到平衡状态时NO2的体积分数可能是___点(填“d”、“e”、“f”)。
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(4)肌肉中的肌红蛋白(Mb)与O2结合生成MbO2,反应原理可表示为:Mb(aq)+O2(g)
MbO2(aq),该反应的平衡常数可表示为:K=
。37℃达到平衡时,测得肌红蛋白的结合度(a)与氧气分压[p(O2)]的关系如图所示[α=
×100%]。研究表明正反应速率v正=k正c(Mb)p(O2),逆反应速率v逆=k逆c(MbO2)(其中k正和k逆分别表示正、逆反应的速率常数).
①α(MbO2),先随p(O2)增大而增大,后来几乎不变,原因是___。
②试写出平衡常数K与速率常数k正、k逆之间的关系式K=___(用含有k正、k逆的式子表示)
③试求出图中c点时,上述反应的平衡常数K=___kPa-1。
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【答案】4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l) ΔH=-
(2a+3b+30c)kJ/mol N2比氢气易得,增加N2的量可提高氢气的转化率,整个反应速率是由N2的吸附和分解速率决定的,N2的比例增大反应速率加快 c d 前一阶段是p(O2)增大,反应速率加快,α(MbO2)随之增大,后阶段肌红蛋白(Mb)几乎全部转化为MbO2
2
【解析】
(1)根据盖斯定律,将已知的三个热化学方程式叠加,就得到相应的反应的热化学方程式;
(2)增加N2的量,即增加了反应物浓度,能加快反应速率,提高氢气的转化率;
(3)当
的比值越大,NO的转化率越小;
比值越大,NO2的体积分数增大;
(4)①开始时p(O2)增大,反应速率加快,α(MbO2)随之增大,后来肌红蛋白(Mb)几乎全部转化为MbO2,α(MbO2)几乎不变;
②根据可逆反应达到平衡状态时,V正=V逆,结合平衡常数表达式计算K与k正、k逆的关系;
③将P(O2)=4.5kPa,肌红蛋白的结合度(α)是90%,通过简单计算后,代入平衡常数表达式可得K。
(1)①4NH3(g)+6NO(g) =5N2(g)+6H2O(g) △H1=-a kJ/mol
②4NH3(g)+5O2(g)= 4NO(g)+6H2O(g) △H2=-b kJ/mol
③H2O(l)=H2O(g) △H3=+c kJ/mol
根据盖斯定律,将(①×2+②×3-③×30)×
,整理可得4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l) △H=-
(2a+3b+30c)kJ/mol;
(2)合成氨反应中,氮气在Fe上的吸附分解反应活化能高、速率慢,氮气决定合成氨的反应速率,因此原料气中氮气过量,可加快合成氨的反应速率,同时提高氢气转化率,且氮气可以采用分离液态空气法很容易得到,所以答案为:N2比氢气易得,增加N2的量可提高氢气的转化率,整个反应速率是由N2的吸附和分解速率决定的,N2的比例增大反应速率加快。
(3)
的比值越大,可以认为减少氧气的量,增加一氧化氮的量,则NO的转化率反而减小,所以NO的转化率最小的是c点;当
=1.5时,根据图示,
比值越大,NO2的体积分数增大,所以达到平衡状态时,NO2的体积分数可能是d点;
(4)①开始时p(O2)增大,相当于增大压强,增加氧气浓度,反应速率加快,α(MbO2)随之增大,后来肌红蛋白(Mb)几乎全部转化为MbO2,p(O2)增大,导致几乎没有生成MbO2,α(MbO2)几乎不变,故原因是:前一阶段是p(O2)增大,反应速率加快,α(MbO2)随之增大,后阶段肌红蛋白(Mb)几乎全部转化为MbO2;
②可逆反应达到平衡状态时,V正=V逆,由于ν正=k正·c(Mb)· P(O2),ν逆=k逆·c(MbO2),所以k正·c(Mb)· P(O2)= k逆·c(MbO2),
,而反应Mb(ag)+O2(g)
MbO2(aq)的平衡常数K=
;
③c点时,P(O2)=4.5,肌红蛋白的结合度(α)是90%,假设开始时有Mb 1mol/L,根据α=
×100%,则生成的MbO20.9mol/L,代入平衡常数表达式中可得K=
=2 kPa-1。