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”)。

(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。

练习册系列答案
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【题目】秋冬季是雾霾高发的季节,其中汽车尾气和燃煤尾气是造成雾霾的主要原因之一。

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已知:CH4(g)+4NO2(g)=4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-574kJ·mol1

CH4(g)+4NO(g)=2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-1160kJ·mol1

甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为_____________________________________。

(2)汽车尾气催化净化是控制汽车尾气排放、减少汽车尾气污染的最有效的手段,主要原理为2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)ΔH<0

T℃时,将等物质的量的NO和CO充入容积为2L的密闭容器中,保持温度和体积不变,反应过程(0~15min)中NO的物质的量随时间变化如上图所示。

①已知:平衡时气体的分压=气体的体积分数×体系的总压强,T℃时达到平衡,此时体系的总压强为p=20MPa,则T℃时该反应的压力平衡常数Kp=_______;平衡后,若保持温度不变,再向容器中充入NO和CO2各0.3mol,平衡将_____(填“向左”、“向右”或“不”)移动。

②15min时,若改变外界反应条件,导致n(NO)发生如图所示的变化,则改变的条件可能是__(填序号)

A.增大CO浓度B.升温C.减小容器体积D.加入催化剂

(3)工业上常采用“碱溶液吸收”的方法来同时吸收SO2,和氮的氧化物气体(NOx),如用氢氧化钠溶液吸收可得到Na2SO3、NaHSO3、NaNO2、NaNO3等溶液。已知:常温下,HNO2的电离常数为Ka=7×10-4,H2SO3的电离常数为Ka1=1.2×10-2、Ka2=5.8×10-8。

①常温下,相同浓度的Na2SO3、NaNO2溶液中pH较大的是______溶液。

②常温下,NaHSO3显___性(填“酸”“碱”或“中”,判断的理由是(通过计算说明)_____________。

(4)铈元素(Ce)是镧系金属中自然丰度最高的一种,常见有+3、+4两种价态。雾霾中含有大量的污染物NO,可以被含Ce4+的溶液吸收,生成NO2-、NO3-(二者物质的量之比为1∶1)。可采用电解法将上述吸收液中的NO2-转化为无毒物质,同时再生Ce4+,其原理如图所示。

①Ce4+从电解槽的_____(填字母代号)口流出。

②写出阴极的电极反应式:_______________________________。

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