(8分)氮是地球上含量丰富的一种元素,氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用,
(1)上图是N2(g)和H2(g)反应生成1mol NH3(g)过程中能量变化示意图,请写出N2和H2反应的热化学方程式: ;
(2)若已知下列数据:
| 化学键 | H-H | N≡N |
| 键能/kJ·mol-1 | 435 | 943 |
试根据表中及图中数据计算N-H的键能 kJ·mol-1
(3)合成氨反应通常用铁触媒作催化剂。使用铁触媒后E1和E2的变化是:E1______,E2______(填“增大”、“减小、”“不变”)。
(4)用NH3催化还原NOX还可以消除氮氧化物的污染。例如
4NH3(g)+3O2(g) 2N2(g)+6H2O(g);△H1= akJ·mol-1
N2(g)+O2(g) 2NO(g);△H2= bkJ/mol
若1mol NH3还原NO至N2,则该反应过程中的反应热△H3= kJ/mol(用含a、b的式子表示)
【解析】(1)根据反应进程可判断反应物的能量高,生成物的能量低,所以热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92 kJ/mol。
(2)反应热就是断键吸收的能量和成键所放出的能量的差值,所以有943kJ/mol+3×435kJ/mol-2×3×x=-92 kJ/mol ,解得x=390 kJ/mol。
(3)催化剂能降低反应的活化能,但不能改变反应热,所以E1和E2均减小。
(4)考查盖斯定律的应用,将已知的2个热化学方程式叠加即得到
4NH3+6NO=6H2O+5N2 △H=(a-3b)kJ/mol。所以1mol NH3还原NO至N2,则该反应过程中的反应热
kJ/mol。
(9分)实验室用H2O2分解反应制取氧气时,常加入催化剂以加快反应速率,某研究性学习小组为研究催化剂FeCl3的量对O2生成速率的影响,设计了如下三组实验方案(见下表),将表中所给的试剂按一定体积混合后进行反应。
| 实验编号 试剂 | A | B | C |
| 10% H2O2/mL | 20.0 | V1 | V2 |
| 2mol/L FeCl3/ mL | 0 | 5.0 | 10.0 |
| H2O/ mL | V3 | V4 | 0 |
按要求回答下列问题:
(1)欲用右图装置来比较该反应的反应速率快慢,当反应物的浓度、用量及其他影响速率的条件确定之后,可以通过测 推(计)算反应速率。
(2)为实现实验目的,则V1= ,V2= ;
V3= ,V4= 。
(3)根据你所掌握的知识判断,在上述实验中反应速率最快的可能是 (填“实验编号”)
(4)已知Fe3+催化H2O2分解的机理可分两步反应进行,其中第一步反应为:2Fe3+ + H2O2 ==2Fe2++ O2↑+ 2H+,则第二步反应的离子方程式为:
。
【解析】(1)因为反应中生成氧气,所以可以通过收集相同体积的气体所需要的时间来进行计算。
(2)为使实验在相同条件下进行双氧水的量应该相同,且最终溶液的体积要相同,所以V1=20.00ml,V2=20.00ml,V3=10.00ml,V4=5.00ml。
(3)C中催化剂的量最多,所以反应速率可能最快。
(4)因为催化剂在反应前后是不能变的,所以在第二步中亚铁离子要重新生成铁离子,因此正确的反应式为2Fe2+ + H2O2 +2H+ == 2Fe3+ + 2H2O。