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)        ΔH₁＝－a kJ·mol^－1

4NH₃(g)＋5O₂(g)＝4NO(g)＋6H₂O(g)        ΔH₂＝－b kJ·mol^－1

则反应4NH₃(g)＋3O₂(g)＝2N₂(g)＋6H₂O(g)的ΔH＝________ kJ·mol^－1。

(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)　ΔH＞0。

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

a．温度　　   b．压强　   c．催化剂　　    d．

②在一定温度下，向2 L密闭容器中加入 n mol CH₄和2 mol NH₃，平衡时NH₃体积分数随n变化的关系如下图所示。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(aq)＋O₂(g) MbO₂(aq)，该反应的平衡常数可表示为K＝。在37 ℃条件下达到平衡时，测得肌红蛋白的结合度(α)与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_逆分别表示正反应和逆反应的速率常数)。试求出图中c点时，上述反应的平衡常数K=________。已知k_逆＝60 s^－1，则速率常数k_正=________s^－1。

Answer

N2 - bd 25 = 2 120

【解析】

(1)根据原子守恒分析、解答；

(2)根据盖斯定律，将已知热化学方程式叠加，可得待求反应的热化学方程式；

(3)①根据影响化学反应平衡的因素分析；

②a点时，n(CH4)=2 mol，平衡时NH3体积分数为30%，设转化CH4的物质的量为x，根据物质反应转化关系计算平衡时CH4的转化率，利用化学平衡常数K与温度关系分析；

(4)根据反应达到平衡时正、逆反应速率相等计算出k正、k逆与平衡常数K的关系；图示可知c点时p(O2)=4.5 kPa，α＝×100%=90%，则生成的c(MbO2)=0.9c(Mb)初始，平衡时的c(Mb)=0.1 c(Mb)初始，据此计算，再根据①的结果可得k正。

(1)由图示有方程：[(NH4)2(NO2)]2++NO=[(NH4)(HNO2)]++A+H+，根据原子守恒，可得A为N2+H2O；

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

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

根据盖斯定律，将×(2×①+3×②)可得：4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g)△H=-kJ/mol；

(3)①图象趋势为平衡时NH3转化率随外界条件X增大而减小。

a．该反应是吸热反应，温度升高平衡正向移动，NH3转化率随温度的升高而增大，与图形不符，a错误；

b．该反应是气体体积增大的反应，增大压强，化学平衡逆向移动，NH3转化率随压强增大而减小，与图形符合，b正确；

c．催化剂能同等倍数的影响正、逆反应速率，因此对化学平衡移动无影响，c错误；

d．越大，代表氨气的量越大，有利于正反应，但是氨气的转化率却随着氨气的增多而减小，与图形相符合，d正确；

故合理选项是bd；

②a点时，n(CH4)=2 mol，n(NH3)=2 mol，设转化CH4的物质的量为x，根据反应方程式CH4(g)＋NH3(g)HCN(g)＋3H2(g)中物质反应转化关系可知：平衡时产生HCN的物质的量为x mol，H2的物质的量为3x mol，则平衡时剩余CH4(g)与NH3(g)的物质的量都是(2-x) mol，由于平衡时NH3体积分数为30%，所以=30%，解得x=0.5 mol，所以CH4的转化率=×100%=25%；

a点和b点温度相同，这两点的化学平衡常数也相同，即K(a)=K(b)；

(4)已知正反应速率v正=k正•c(Mb)•p(O2)，逆反应速率v逆=k逆•c(MbO2)，平衡时，v正=v逆，则k正•c(Mb)•p(O2)= k逆•c(MbO2)，=K；

由图可知：c点时，p(O2)=4.5 kPa，α＝×100%=90%，则生成的c(MbO2)=0.9c(Mb)初始，平衡时的c(Mb)=0.1c(Mb)初始，则K==2 kPa-1；已知k逆=60 s-1，又K==2，则速率常数k正=K·k逆=120 s-1•kPa-1。