Question

含氮化合物对环境、生产和人类生命活动等具有很大的影响。请按要求回答下列问题：

（1）已知：4NH₃(g)+6NO(g)=5N₂(g)+6H₂O(g)    △H₁=-akJ/mol

4NH₃(g)+5O₂(g)=4NO(g)+6H₂O(g)    △H₂=-bkJ/mol

H₂O(l)=H₂O(g)    △H₃=+ckJ/mol

则NH₃(g)在氧气中燃烧生成氮气和液态水的热化学方程式为___。

（2）在合成工氨业中，氮气在催化剂Fe上的吸附分解反应活化能高、速率慢，因此氮气的反应速率决定了合成氨的反应速率。工业生产中，控制温度773K，压强3.0×10⁵pa，原料中n(N₂)：n(H₂)=1：2.8。请分析说明原料气中N₂过量的理由___。

（3）已知反应2NO(g)+O₂(g)2NO₂(g)，在恒温、恒容的密闭容器中按一定比例充入总物质的量一定的NO(g)和O₂(g)，平衡时NO₂的体积分数[φ(NO₂)]随的变化如图所示。NO的转化率最小的是___点（填“a”、“b”、“c”)；当=1.5时，达到平衡状态时NO₂的体积分数可能是___点（填“d”、“e”、“f”)。

（4）肌肉中的肌红蛋白(Mb)与O₂结合生成MbO₂，反应原理可表示为：Mb(aq)+O₂(g)MbO₂(aq)，该反应的平衡常数可表示为：K=。37℃达到平衡时，测得肌红蛋白的结合度(a)与氧气分压[p(O₂)]的关系如图所示[α=×100%]。研究表明正反应速率v_正=k_正•c(Mb)•p(O₂)，逆反应速率v_逆=k_逆•c(MbO₂)（其中k_正和k_逆分别表示正、逆反应的速率常数）．

①α(MbO₂)，先随p(O₂)增大而增大，后来几乎不变，原因是___。

②试写出平衡常数K与速率常数k_正、k_逆之间的关系式K=___(用含有k_正、k_逆的式子表示)

③试求出图中c点时，上述反应的平衡常数K=___kPa^-1。

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Answer

4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l) ΔH=-(2a+3b+30c)kJ/mol N2比氢气易得，增加N2的量可提高氢气的转化率，整个反应速率是由N2的吸附和分解速率决定的，N2的比例增大反应速率加快 c d 前一阶段是p(O2)增大，反应速率加快，α(MbO2)随之增大，后阶段肌红蛋白(Mb)几乎全部转化为MbO2 2

【解析】

（1）根据盖斯定律，将已知的三个热化学方程式叠加，就得到相应的反应的热化学方程式；

（2）增加N2的量，即增加了反应物浓度，能加快反应速率，提高氢气的转化率；

（3）当的比值越大，NO的转化率越小；比值越大，NO2的体积分数增大；

（4）①开始时p(O2)增大，反应速率加快，α(MbO2)随之增大，后来肌红蛋白(Mb)几乎全部转化为MbO2，α(MbO2)几乎不变；

②根据可逆反应达到平衡状态时，V正=V逆，结合平衡常数表达式计算K与k正、k逆的关系；

③将P(O2)=4.5kPa，肌红蛋白的结合度(α)是90%，通过简单计算后，代入平衡常数表达式可得K。

（1）①4NH3(g)+6NO(g) =5N2(g)+6H2O(g) △H1=－a kJ/mol

②4NH3(g)+5O2(g)= 4NO(g)+6H2O(g) △H2=－b kJ/mol

③H2O(l)=H2O(g) △H3=+c kJ/mol

根据盖斯定律，将(①×2+②×3-③×30)×，整理可得4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l) △H=-(2a+3b+30c)kJ/mol；

（2）合成氨反应中，氮气在Fe上的吸附分解反应活化能高、速率慢，氮气决定合成氨的反应速率，因此原料气中氮气过量，可加快合成氨的反应速率，同时提高氢气转化率，且氮气可以采用分离液态空气法很容易得到，所以答案为：N2比氢气易得，增加N2的量可提高氢气的转化率，整个反应速率是由N2的吸附和分解速率决定的，N2的比例增大反应速率加快。

（3）的比值越大，可以认为减少氧气的量，增加一氧化氮的量，则NO的转化率反而减小，所以NO的转化率最小的是c点；当=1.5时，根据图示，比值越大，NO2的体积分数增大，所以达到平衡状态时，NO2的体积分数可能是d点；

（4）①开始时p(O2)增大，相当于增大压强，增加氧气浓度，反应速率加快，α(MbO2)随之增大，后来肌红蛋白(Mb)几乎全部转化为MbO2，p(O2)增大，导致几乎没有生成MbO2，α(MbO2)几乎不变，故原因是：前一阶段是p(O2)增大，反应速率加快，α(MbO2)随之增大，后阶段肌红蛋白(Mb)几乎全部转化为MbO2；

②可逆反应达到平衡状态时，V正=V逆，由于ν正=k正·c(Mb)· P(O2)，ν逆=k逆·c(MbO2)，所以k正·c(Mb)· P(O2)= k逆·c(MbO2)，，而反应Mb(ag)+O2(g)MbO2(aq)的平衡常数K=；

③c点时，P(O2)=4.5，肌红蛋白的结合度(α)是90%，假设开始时有Mb 1mol/L，根据α=×100%，则生成的MbO20.9mol/L，代入平衡常数表达式中可得K==2 kPa-1。