Question

【题目】氨催化氧化是硝酸工业的基础，氦气在Pt催化剂作用下发生主反应Ⅰ和副反应Ⅱ：

Ⅰ.4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H1=-905 kJ/mol

Ⅱ.4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) △H2

（1）已知：

物质中断裂1mol化学键需要的能量/kJ	NO	O2	N2
	629	496	942

则△H2=___________。

（2）以Pt为催化剂，在1L密闭容器中充入1mol NH3和2mol O2，测得有关物质的量与温度的关系如下图：

①该催化剂在高温时对反应__________更有利（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。

②520℃时，NH3的转化率为____________。

③520℃时，反应Ⅱ的平衡常数K=________（数字计算式）。

④下列说法正确的是____________（填标号）。

A 工业上氨催化氧化生成NO时，最佳温度应控制在840℃左右

B 增大NH3和O2的初始投料比可以提高NH3生成NO的平衡转化率

C 投料比不变，增加反应物的浓度可以提高NH3生成NO的平衡转化率

D 使用催化剂时，可降低反应的活化能，加快其反应速率

⑤温度高于840℃时，NO的物质的量减少的原因可能是____________。

（3）在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。

①NH3与NO2生成N2的反应中，当生成1mol N2时，转移的电子数为___________mol。

②将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂的反应器中反应。

反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如下图所示，在50-250℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是_______________。

Answer 1

【答案】-1265kJ/mol 1 60% AD 催化剂失去活性、有其他副反应发生、生成NO的反应为放热反应温度升高生成NO的转化率降低 迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大

【解析】

（1）利用盖斯定律和△H=反应物总键能-生成物总键能计算；

（2）①由图可知，该催化剂在高温时，生成的NO物质的量远大于氮气的；

②根据图示A点计算出两个反应消耗氨气的量，再计算转化率；

③利用A点，计算出两个反应后剩余的氨气，氧气，生成的水和N2，再根据平衡常数公式计算；

④A.工业上氨催化氧化生成NO时，根据图示可知840℃生成NO最多，故A正确；

B.增大NH3和O2的初始投料比可以降低NH3转化率，提高氧气转化率，故B错误；

C.投料比不变，增加反应物的浓度可以看成增大压强，不利于向体积增大的方向进行，因此降低NH3生成NO的平衡转化率，故C错误；

D.使用催化剂时，可降低反应的活化能，加快其反应速率，故D正确；

⑤温度高于840℃时，NO的物质的量减少的原因可能是催化剂失去活性、有其他副反应发生、生成NO的反应为放热反应温度升高生成NO的转化率降低；

（3）①8NH3+6NO2=7N2+12H2O根据方程式判断；

②在50-250℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大；

（1）盖斯定律：Ⅰ-Ⅱ得2N2(g)+2O24NO(g) △H= △H1- △H2=-905-△H2kJ/mol；

△H=反应物总键能-生成物总键能=2×942 kJ/mol +2×496 kJ/mol -4×629 kJ/mol =360kJ/mol；

所以：△H2=△H1- △H==-905 kJ/mol -360 kJ/mol =-1265kJ/mol ；

答案：-1265kJ/mol

（2）①由图可知，该催化剂在高温时，生成的NO物质的量远大于氮气的，故该催化剂在高温下选择反应I；

答案：Ⅰ

②520℃时， 4NH3（g）+5O2 4NO（g）+6H2O（g）
变化（mol ）： 0.2 0.25 0.2 0.3
4NH3（g）+3O2（g） 2N2（g）+6H2O（g）
变化（mol ）：0.4 0.3 0.2 0.6

NH3的转化率为×100%=60%

答案:60%
③在 1L 密闭容器中充入 1mol NH3和 2mol O2，520℃平衡时n（NO）=n（N2）=0.2mol，则：
4NH3（g）+5O2 4NO（g）+6H2O（g）
变化（mol ）：0.2 0.25 0.2 0.3
4NH3（g）+3O2（g）=2N2（g）+6H2O（g）
变化（mol ）：0.4 0.3 0.2 0.6
故平衡时，n（NH3）=1mol-0.2mol-0.4mol=0.4mol，n（O2）=2mol-0.25mol-0.3mol=1.45mol，n（H2O）=0.3mol+0.6mol=0.9mol，由于容器体积为1L，利用物质的量代替浓度计算平衡常数K=

答案：

④A.工业上氨催化氧化生成NO时，根据图示可知840℃生成NO最多，故A正确；

B.增大NH3和O2的初始投料比可以降低NH3转化率，提高氧气转化率，故B错误；

C.投料比不变，增加反应物的浓度可以看成增大压强，不利于向体积增大的方向进行，因此降低NH3生成NO的平衡转化率，故C错误；

D.使用催化剂时，可降低反应的活化能，加快其反应速率，故D正确；

答案：AD

⑤温度高于840℃时，NO的物质的量减少的原因可能是催化剂失去活性、有其他副反应发生、生成NO的反应为放热反应温度升高生成NO的转化率降低；

答案：催化剂失去活性、有其他副反应发生、生成NO的反应为放热反应温度升高生成NO的转化率降低

（3）①8NH3+6NO2=7N2+12H2O生成N2的反应中，当生成1mol N2时，转移的电子数为 mol；

答案：

②反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如下图所示，在50-250℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大；

答案：迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大