Question

NH₃作为一种重要化工原料，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）催化剂常具有较强的选择性，即专一性。已知：

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

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

写出NO分解生成N₂与O₂的热化学方程式___。

（2）在恒温恒容装置中充入一定量的NH₃和O₂，在某催化剂的作用下进行反应I，测得不同时间的NH₃和O₂的浓度如下表：

时间(min)	0	5	10	15	20	25
c(NH3)mol/L	1.00	0.36	0.12	0.08	0.072	0.072
c(O2)mol/L	2.00	1.20	0.90	0.85	0.84	0.84

则下列有关叙述中正确的是____。

A.使用催化剂时，在加快其反应速率的同时，也可以提高反应物的平衡转化率

B.若测得容器内4v_正(NH₃)=6v_逆(H₂O)时，说明反应已达平衡

C.当容器内NH₃和O₂的比例恒定时，说明反应已达平衡

D.前10分钟内的平均速率v(NO)=0.088mol·L^-1·min^-1

E.在该体系中，当反应达到平衡时，压强为p₁；充入少量的NO，达到新平衡时，压强为p₂，则p_2>p₁。

（3）氨催化氧化时会发生上述两个竞争反应I、II。为分析某催化剂对该反应的选择性，在1L密闭容器中充入1molNH₃和2molO₂，测得有关物质的量关系如图：

①该催化剂在低温时选择反应____(填“I”或“II”)。

②520℃时，4NH₃(g)+3O₂(g)2N₂(g)+6H₂O(g)的平衡常数K=___（不要求得出计算结果，只需列出数字计算式）。

③C点比B点所产生的NO的物质的量少的主要原因___。

（4）制备催化剂时常产生一定的废液，工业上常利用氢硫酸检测和除去废液中的Cu²⁺。已知：25℃时，K₁(H₂S)=1.3×10^-7，K₂(H₂S)=7.1×10^-15。

①在计算溶液中的离子浓度时，涉及弱酸的电离通常要进行近似处理。则0.lmol•L^-1氢硫酸的pH≈___(取近似整数)。

②已知，某浓度为0.1mol/LCuSO₄溶液，若通入适量的H₂S至Cu²⁺恰好沉淀完全时，此时溶液液中c(H⁺)为___mol·L^-1。

Answer

2NO(g)N2(g)+O2(g) ΔH=-180.8kJ/mol CDE II 该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动 4 0.2

【解析】

（1）根据盖斯定律计算2NO(g)N2(g)+O2(g)的焓变；
（2）A．催化剂不能使平衡发生移动；
B．不同物质表示的正、逆反应速率之比等于化学计量数之比时，反应达到平衡状态；
C．根据表格中的数据，NH3和O2的起始浓度不等于系数比，NH3和O2的比例是变量；

D．根据计算速率；

E．根据勒夏特列原理进行分析。
（3）①根据生成物N2、NO的物质的量判断催化剂对反应的选择性；
②520℃平衡时n(NO)=n(N2)=0.2mol，利用方程式计算两个反应消耗的氨气、氧气物质的量以及生成水的物质的量；
③该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动；
（4）①根据计算氢离子浓度，进而计算pH；
②根据H2S与CuSO4溶液反应的方程式计算氢离子浓度。

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

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

根据盖斯定律III得 2NO(g) N2(g)+O2(g) ΔH=-1266.6kJ·mol-1(-905.0kJ·mol-1)= -180.8kJ/mol；

（2）A.使用催化剂，能加快其反应速率，但催化剂不能使平衡发生移动，不能提高反应物的平衡转化率，故A错误；

B. 不同物质表示的正、逆反应速率之比等于化学计量数之比时，反应达到平衡状态，4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)，应是 6 正（NH3）=4 逆（H2O）时，反应达到平衡状态，故B错误；;

C.根据表格中数据，NH3和O2的起始浓度不等于系数比，所以当容器内NH3和O2的比例恒定时，说明反应已达平衡，故C正确；

D.前10分钟内，氨气的浓度变化是(1-0.12) mol·L-1=0.88 mol·L-1，所以NO的浓度变化是0.88 mol·L-1， (NO)= 0.88 mol·L-1÷10min=0.088mol·L-1·min-1，故D正确；

E.体积不变，充入少量的NO，压强增大，根据勒夏特列原理，平衡移动能减弱这种改变，不能消除这种改变，所以p2>p1，故E正确。

故选CDE。

（3）①由图可知，该催化剂在低温时，生成的N2物质的大于NO，故该催化剂在低温下选择反应II；

②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(g)4NO(g)+6H2O(g)反应消耗0.2mol NH3、0.25 molO2，生成0.3mol H2O（g）；  4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g)反应消耗0.4mol NH3、0.3 mol O2，生成0.6mol H2O（g）；所以平衡时，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；

③该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，C点温度高，所以C点比B点所产生的NO的物质的量少；

（4）①，c(H+)≈10-4mol/L， pH=4；

②CuSO4与H2S反应的离子方程式是 ，设有1L浓度为0.1mol/LCuSO4溶液，通入适量的H2S至Cu2+恰好沉淀完全时，消耗0.1molH2S，则生成0.2molH+， c(H+)为0.2mol·L-1。