Question

【题目】游离态氮称为惰性氮，游离态氮转化为化合态氮称之为氮的活化，在氮的循环系统中，氮的过量“活化”，则活化氮开始向大气和水体过量迁移，氮的循环平衡被打破，导致全球环境问题。

Ⅰ． 氮的活化

工业合成氨是氮的活化重要途径之一，在一定条件下，将N2 和 H2 通入到体积为0.5L的恒容容器中，反应过程中各物质的物质的量变化如图所示：

（1）10min内用NH3表示该反应的平均速率，v（NH3）=____________。

（2）在第10min和第25min改变的条件可能分别是_________、________（填字母）。

A.加了催化剂 B. 升高温度 C. 增加NH3的物质的量

D.压缩体积 E.分离出氨气

（3）下列说法能说明该可逆反应达到平衡状态的是__________（填字母）。

A. 容器中气体密度不变 B. 容器中压强不变

C. 3v(H2)正=2v(NH3)逆 D. N2、H2、NH3分子数之比为1∶3∶2

Ⅱ．催化转化为惰性氮 已知：SO2、CO、NH3等都可以催化还原氮氧化物生成惰性氮。

（4）在250C、101KPa时，N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H1= -92.4kJ/mol.

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H2= -571.6 kJ/mol

N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H3= +180kJ/mol

则NO与NH3反应生成惰性氮的热化学方程式______________________________。

（5）在有氧条件下，新型催化剂M能催化CO与NOx反应生成N2。现向某密闭容器中充入等物质的量浓度的NO2和CO气体，维持恒温恒容，在催化剂作用下发生反应：

4CO(g)+2NO2(g)N2(g)+4CO2(g) △H＜0，相关数据如下：

	0min	5min	10min	15min	20min
c(NO2) /mol·L-1	2.0	1.7	1.56	1.5	1.5
c(N2) /mol·L-1	0	0.15	0.22	0.25	0.25

①计算此温度下的化学平衡常数K=______，

②实验室模拟电解法吸收NOx装置如图，（图中电极均为石墨电极）。若用NO2气体进行模拟电解法吸收实验（a<b），电解时NO2发生反应的电极反应式：_________________________________。

Answer 1

【答案】0.02mol·L-1·min-1 A E B 6NO(g)+4NH3(g)=5 N2(g)+6H2O(l) △H＝-2070 kJ·mol-1 1/9（或0.11）(mol·L-1)-1 H2O+NO2－e- = NO3-+2H+

【解析】

（1）10min内氨气的物质的量增加为0.10 mol，根据反应速率 = = 计算；
（2）根据图象知，平衡向正反应方向移动，10 min时是连续的，三种气体物质的速率增加倍数相同，说明为使用催化剂；25 min时，瞬间氨气的物质的量减小，据此分析作答；
（3）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各组分的浓度、百分含量不再变化，据此进行判断；

（4）NH3脱除NO的化学方程式为4NH3（g）+6NO（g）═5N2（g）+6H2O（l），可结合盖斯定律计算反应热；

（5）①化学平衡常数K等于平衡时生成物浓度幂之积比上反应物浓度幂之积；

②根据图知，电解时，左室中电极上氢离子放电生成氢气，则左室为阴极室，右室为阳极室，阳极上通入的是氮氧化物，生成的硝酸，所以阳极上氮氧化物失电子生成硝酸；

（1）根据图象可知，10 min时氨气的物质的量为0.1 mol，则10 min内用NH3表示该反应的平均速率为：v(NH3) = = 0.02 mol/(Lmin)，

故答案为：0.02 mol/(Lmin)；

（2）由图象可知各组分物质的量变化增加，且10min时各物质的变化是连续的，20min达平衡时，△n (N2) = 0.025 mol × 4 = 0.1 mol，△n(H2) = 0.025 mol × 12 = 0.3 mol，△n(NH3) = 0.025 mol × 8 = 0.2 mol，根据物质的量变化之比等于化学计量数之比，三种气体物质的速率增加倍数相同，说明10 min可能改变的条件是使用催化剂，故A项正确；

B. 升高温度，三种气体物质速率虽会成倍地增大，但根据热效应可知，正反应速率增大的相对慢，故B项错误；

C. 增加NH3物质的量，逆反应速率增加的倍数大，故C项错误；

D. 压缩体积，相当于增大压强，三种气体速率虽会增大，但增大的程度不相同，正反应速率比逆反应速率增大的快，与图像信息不符合，故D项错误；

E. 分离出氨气后，瞬间氨气的物质的量会下降，N2和H2不会改变，与图中10 min描述的状况不符，故E项错误；

故答案为A；

25 min时，瞬间NH3骤降，即NH3的浓度下降，N2和H2在第25 min时刻未变化，平衡向正反应方向移动，则可能的条件为分离出氨气，E项正确；

故答案为：E；

（3）A. 混合气体的质量不变，气体的体积不变，故密度不变，若密度不再随时间变化，不能说明平衡，故A项错误；

B. 容器内前后气体的物质的量有变化，说明压强是变量，总压强不再随时间而变化，说明达到平衡，故B项正确；

C. 3v(H2)正= 2v(NH3)逆，表示的是正反应和逆反应，但是不满足计量数关系，说明没有达到平衡状态，故C项错误；

D. N2、H2、NH3分子数之比为1∶3∶2，无法判断各组分的浓度是否不再变化，故D项错误；

故答案为：B；

（4）在250C、101KPa时，

①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H1= -92.4kJ/mol.

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H2= -571.6 kJ/mol

③N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H3= +180kJ/mol

利用盖斯定律,将②×3①×2③×3可得6NO(g)+4NH3(g)=5 N2(g)+6H2O(l) △H＝-2070 kJ·mol-1，

故答案为：6NO(g)+4NH3(g)=5 N2(g)+6H2O(l) △H＝-2070 kJ·mol-1；

（5）①
所以K = = 1/9（0.11）(mol·L-1)-1
故答案为：1/9（或0.11）(mol·L-1)-1；

②根据图知,电解时,左室中电极上氢离子放电生成氢气,则左室为阴极室,右室为阳极室,阳极上通入的是氮氧化物,生成的硝酸,所以阳极上氮氧化物失电子和水生成硝酸：H2O+NO2－e- = NO3-+2H+，

故答案为：H2O+NO2－e- = NO3-+2H+；