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)利用某分子筛作催化剂，NH₃可脱除工厂废气中的NO、NO₂，反应机理如下图所示。A包含物质为H₂O和___________(填化学式)

(2)已知：4NH₃(g)+6NO(g) =5N₂(g)+6H₂O(g)    △H₁=－a kJ/mol

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

H₂O(l)=H₂O(g)                       △H₃=+c kJ/mol

则反应4NH₃(g)+3O₂(g)=2N₂(g)+6H₂O(l)的△H=___________ kJ/mol

(3)工业上利用氨气生产氢氰酸(HCN的反应为：CH₄(g)+NH₃(g)HCN(g)+3H₂(g )  △H>0

①其他条件一定，达到平衡时NH₃转化率随外界条件X变化的关系如图甲所示。则X可以是___________(填字母序号)

a．温度   b．压强   c．催化剂   d．

②在一定温度下，向2L密闭容器中加入 n mol CH₄和2 moI NH₃，平衡时NH₃体积分数随n变化的关系如图乙所示。

a点时，CH₄的转化率为___________%；平衡常数：K(a)_____K(b)(填“>”“=”或“<”)。

(4)肌肉中的肌红蛋白(Mb)与O₂结合生成MbO₂，其反应原理可表示为： Mb(ag)+O₂(g)MbO₂(aq)，该反应的平衡常数可表示为：。在37℃条件下达到平衡时，测得肌红蛋白的结合度(a)与P(O₂)的关系如图丙所示[]。研究表明正反应速率ν_正=k_正·c(Mb) · P(O₂)，逆反应速率ν_逆=k_逆·c(MbO₂)(其中k_正和k_逆分别表示正反应和逆反应的速率常数)。

①试写出平衡常数K与速率常数k_正、k_逆之间的关系式为K=___________(用含有k_正、k_逆的式子表示)。

②试求出图丙中c点时，上述反应的平衡常数K=___________kPa^－1。已知k_逆=60s^－1，则速率常数k_正=___________s^－1·kPa^－1。

Answer

N2 bd 25 = 2 120

【解析】

(1)根据流程图，可知NH3与废气中的NO、NO2反应产生氮气和水；

(2)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；

(3)①CH4(g)+NH3(g)HCN(g)+3H2(g ) △H>0的正反应是气体体积增大的吸热反应，根据X越大，NH3的转化率越小分析影响因素；

②根据加入2molNH3、2molCH4时，利用三段式法，结合平衡时氨气含量是30%，计算出各种物质的平衡物质的量，再结合反应时二者消耗关系，可计算CH4的转化率；并根据化学平衡常数的含义计算此时反应平衡常数；

(4)①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；

②将P(O2)=4.5kPa，肌红蛋白的结合度(a)是90%，带入平衡常数表达式可得K；将K=中的K、k逆带入可得k正。

(1)根据流程图可知NH3与废气中的NO、NO2反应，最终产生无毒无害的氮气和水；

(2)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=kJ/mol；

(3)①反应CH4(g)+NH3(g)HCN(g)+3H2(g )的正反应是气体体积增大的吸热反应，根据图象可知：X越大，氨气的转化率越小。

a.升高温度，化学平衡向吸热的正反应方向移动，使氨气的转化率增大，a错误；

b.增大压强，化学平衡向气体体积减小的逆反应方向移动，使氨气的转化率降低，b正确

c.催化剂只能改变反应速率，但不能使化学平衡发生移动，因此对氨气的转化率无影响，c错误；

d.增大，相对来说氨气增大的多，平衡正向移动，但平衡移动消耗量远远小于加入氨气的量，所以氨气的转化率降低，d正确；

故合理选项是ad；

②对于反应：CH4(g) + NH3(g)HCN(g)+3H2(g )，假设反应消耗CH4物质的量为x

开始(mol) 2 2 0 0

转化(mol) x x x 3x

平衡(mol) 2-x 2-x x 3x

根据图象可知在平衡时氨气的体积分数是30%，可得=30%，解得x=0.5，则a点时，CH4的转化率为=25%；

由于温度不变，所以无论是在线上任何一点，化学反应的平衡常数都不变，因此K(a)=K(b)；

(4)①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=；

②将C点时，P(O2)=4.5，肌红蛋白的结合度(a)是90%带入平衡常数表达式中可得K==2；

K=，由于K=2，k逆=60s-1带入该式子，可得k正=K·k逆=2×60s-1=120s-1。