Question

【題目】NH3作為一種重要化工原料，被大量應用于工業生產，與其有關性質反應的催化劑研究曾被列入國家863計劃。催化劑常具有較強的選擇性，即專一性。已知：

反應I：4NH3(g) +5O2(g)4NO(g) +6H2O(g) △H=―905.0 kJ·molˉ1

反應 II：4NH3(g)+3O2(g)2N2(g) +6H2O(g) △H

（1）

化學鍵	H—O	O=O	N≡N	N—H
鍵能kJ·molˉ1	463	496	942	391

△H=__________________ 。

（2）在恒溫恒容裝置中充入一定量的NH3和O2，在某催化劑的作用下進行反應I，則下列有關敘述中正確的是__________________。

A．使用催化劑時，可降低該反應的活化能，加快其反應速率

B．若測得容器內4v正(NH3)=6v逆(H2O)時，說明反應已達平衡

C．當容器內=1時，說明反應已達平衡

（3）氨催化氧化時會發生上述兩個競爭反應I、II。為分析某催化劑對該反應的選擇性，在1L密閉容器中充入1 mol NH3和2mol O2，測得有關物質的量關系如下圖：

①該催化劑在高溫時選擇反應____________ (填“ I ”或“ II”）。

② 520℃時，4NH3(g)+5O24NO(g) +6H2O(g)的平衡常數K=____________________________ (不要求得出計算結果，只需列出數字計算式）。

③有利于提高NH3轉化為N2平衡轉化率的措施有_______________

A．使用催化劑Pt/Ru

B．使用催化劑Cu/TiO2

C．增大NH3和O2的初始投料比

D．投料比不變，增加反應物的濃度

E．降低反應溫度

（4）采用氨水吸收煙氣中的SO2，

①若氨水與SO2恰好完全反應生成正鹽，則此時溶液呈_____性（填“酸”或“堿”）常溫下弱電解質的電離平衡常數如下：氨水：Kb=1.8×10ˉ5mol·Lˉ1；H2SO3 ：Ka1=1.3×10ˉ2mol·Lˉ1，Ka2=6.3×10ˉ8mol·Lˉ1

②上述溶液中通入______氣體可使溶液呈中性，（填“SO2”或NH3”）此時溶液離子濃度由大到小的順序_________________________________。

Answer 1

【答案】 △H=―1260kJ·molˉ1 A I E 堿 SO2 c(NH4+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H+)=c(OH-)

【解析】（1）4NH3(g)+3O2(g)2N2(g) +6H2O(g) △H=反應物的鍵能總和-生成物的鍵能總和

==―1260kJ·molˉ1 。

（2）在恒溫恒容裝置中充入一定量的NH3和O2，在某催化劑的作用下進行反應I，A.使用催化劑時，可降低該反應的活化能，加快其反應速率,A正確；B．若測得容器內4v正(NH3)=6v逆(H2O)時，兩速率之比不等于化學計量數之比，說明反應未達平衡，B不正確；C．當容器內=1時，并不能說明各組分含量保持不變，也不能說明正、逆反應速率相等，所以不能說明反應已達平衡，C不正確。

（3）①根據圖像結合N元素守恒可知，在高溫時氨主要轉化為NO，所以該催化劑在高溫時選擇反應I。

② 520℃時，4NH3(g)+5O24NO(g) +6H2O(g)的平衡常數可根據A點數據計算.A點對應的縱坐標為0.2，說明n(N2)=n(NO)=0.2mol，根據N元素守恒得n(NH3)=1-0.2-0.2=0.4mol，再根據H元素守恒得n(H2O)= ，最后根據O元素守恒得n(O2)=2- - = 1.45mol，所以K= 。

③使用催化劑Pt/Ru可以加快化學反應速率，但不能提高反應物的轉化率，所以A和B都不正確； C．增大NH3和O2的初始投料比會減小氨氣的轉化率，C不正確； D．正反應是氣體分子數變多的方向，投料比不變，增加反應物的濃度相當于采取了加壓的措施，加壓對逆反應有利，所以氨的轉化率減小，D不正確； E．正反應是放熱反應，所以降低反應溫度對正反應有利，有利于提高NH3轉化為N2平衡轉化率，所以E正確。

（4）①若氨水與SO2恰好完全反應生成正鹽即亞硫酸銨，溶液中銨根和亞硫酸根都會水解，銨根水解使溶液呈酸性，而亞硫酸根水解則使溶液呈堿性，由于Ka2=6.3×10ˉ8mol·Lˉ1小于Kb=1.8×10ˉ5mol·Lˉ1,根據越弱越水解，溶液的酸堿性由水解程度更大的離子決定，所以此時溶液呈堿性。由于亞硫酸氫根的電離程度大于其水解程度，亞硫酸氫銨溶液呈酸性（由Kb和Ka1=1.3×10ˉ2mol·Lˉ1的相對大小也能得出這個結論）

②由①的分析可知上述溶液中通入SO2氣體可使溶液呈中性，即常溫下溶液pH=7，由Ka2= =6.3,把c(H+)=1代入，得 =6.3，所以c(HSO3-)>c(SO32-)。此時溶液中的溶質為(NH4)2SO3和NH4HSO3的混合物，因為鹽類水解的程度一般是很小的，所以溶液中離子濃度由大到小的順序：c(NH4+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H+)=c(OH-)。