Question

NH₃作为重要化工原料，被大量应用于工业生产，与其有关性质反应的催化剂研究曾被列入国家863计划。

（1）氨的催化氧化反应:4 NH₃（g）+5O₂（g）4NO（g）+6H₂O（g） △H< 0，是制硝酸的基础反应，在容积固定的密闭容器中发生上述反应，容器内部分物质的物质的量浓度如下表：

浓度 时间	C(NH3) mol/L	C(O2) mol/L	C(NO) mol/L
第0 min	0.8	1.6	0
第1 min	a	1.35	0.2
第2 min	0.3	0.975	0.5
第3 min	0.3	0.975	0.5
第4 min	0.7	1.475	0.1

①反应在第1min到第2min时，NH₃的平均反应速率为______________。

②反应在第3 min时改变了条件，改变的条件可能是___________（填序号）。

A．使用催化剂      B．减小压强     C．升高温度     D．增加O₂的浓度

③说明4NH₃（g）+5O₂（g）4NO（g）+6 H₂O（g）达到平衡状态的是____（填序号）。

A．单位时间内生成n mol NO的同时生成n mol NH₃

B．百分含量w（NH₃）=w（NO）

C．反应速率v（NH₃）：v（O₂）：v（NO）：v（H₂O）=4：5：4：6

D．在恒温恒容的容器中，混合气体的平均相对分子质量不再变化

（2）若在容积为2L的密闭容器中充入4.0molNH₃(g)和5.0molO₂(g)，发生如下反应：4NH₃(g)+5O₂(g)4NO(g)+6H₂O(g)，保持其他条件不变，在相同的时间内测得c(NO)与温度的关系如下图1所示。则 T₁℃下，NH₃的平衡转化率为______。

（3）氨催化氧化时会发生两个竞争反应，分别为

反应I：4NH₃(g) +5O₂(g)4NO(g) +6H₂O(g)    △H= -905.0 kJ·mol^-1

反应II: 4NH₃(g)+3O₂(g)2N₂(g) +6H₂O(g)    △H= -1266.6 kJ·mol^-1。

为分析某催化剂对该反应的选择性，在1L密闭容器中充入1 mol NH₃和2mol O₂，测得有关物质的量关系如上图2：

①该催化剂在低温时选择反应_______(填“ I ”或“ II”）。

②C点比B点所产生的NO的物质的量少的主要原因______________________________。（4）通过以上两个竞争反应写出NO分解生成N₂与O₂的热化学方程式________________。

Answer

0.3mol/(L·min) C AD 75% II 该反应为放热反应，当温度升高，平衡向左(逆反应)移动 2NO(g)N2(g) +O2(g) △H= -180.8 kJ·mol-1

【解析】（1）①在第1min到第2min时，O2的平均反应速率=(1.35 mol/L-0.975 mol/L)/1 min=0.375 mol/(L·min), NH3的平均反应速率为氧气平均速率的4/5，则NH3的平均反应速率为0.375 mol/(L·min)×4/5=0.3mol/(L·min)；由数据分析可知，反应在第3 min到4 min时，速率加快且反应逆向移动，又因此反应正反应是放热反应，故只有升高温度才满足条件。因为催化剂不影响平衡移动；减小压强，速率减慢；增加O2的浓度，平衡向正方向移动，均不符合实验数据得出的结论。故只有升高温度。③A．单位时间内生成n mol NO的同时生成n mol NH3，速率相等，方向相反，达到平衡，A正确；B．百分含量w（NH3）=w（NO），不一定达到平衡，故B错误；C．反应速率比等于计量数比，不一定达到平衡，故C错误；D．在恒温恒容的容器中，气体质量不变，反应前后气体分子数是变化量，当气体分子数不变，则混合气体的平均相对分子质量不再变化，说明反应达到平衡，故D正确，答案选AD。（2）因NO与NH3的计量数相等，T1℃时，c(NO)=1.5mol/L，则氨气的转化浓度为1.5mol/L，则 T1℃下，NH3的平衡转化率为1.5mol/L /2.0mol/L==75%。（3）①由图2分析可知，催化剂在低温时生成氮气比一氧化氮的量多，故催化剂在低温时选择反应II为主； ②该反应为放热反应，当温度升高，平衡向左(逆反应)移动，C点比B点所产生的NO的物质的量少；（4）由盖斯定律可知，（反应 II-反应I）/2，即得到NO分解生成N2与O2的方程式，则NO分解生成N2与O2的热化学方程式：2NO(g)N2(g) +O2(g) △H= -180.8 kJ·mol-1。