Question

2007年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予德國(guó)科學(xué)家格哈德?埃特爾，以表彰他在表面化學(xué)研究領(lǐng)域作出的開(kāi)拓性貢獻(xiàn)．
（1）某�；瘜W(xué)研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在技術(shù)人員的指導(dǎo)下，按下列流程探究不同催化劑對(duì)NH₃還原NO反應(yīng)的催化性能．
NO、NH₃混合氣體→催化反應(yīng)器→檢測(cè)→尾氣處理
若控制其他實(shí)驗(yàn)條件均相同，在催化反應(yīng)器中裝載不同的催化劑，將經(jīng)催化反應(yīng)后的混合氣體通過(guò)滴有酚酞的稀硫酸溶液（溶液的體積、濃度均相同）．為比較不同催化劑的催化性能，需要測(cè)量并記錄的數(shù)據(jù)是

 

．
（2）在汽車的排氣管上安裝“催化轉(zhuǎn)化器”（用鉑、鈀合金作催化劑），它的作用是使CO、NO反應(yīng)生成可參與大氣生態(tài)環(huán)境循環(huán)的無(wú)毒氣體，并促使烴類充分燃燒．
①寫出CO與NO反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

，該反應(yīng)作氧化劑的物質(zhì)是

 

．
②用CH₄催化還原NO_x也可以消除氮氧化物的污染．例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H₂
若1mol CH₄還原NO₂至N₂，整個(gè)過(guò)程中放出的熱量為867kJ，則△H₂=

 

．
（3）①有人認(rèn)為：該研究可以使氨的合成反應(yīng)，在鐵催化劑表面進(jìn)行時(shí)的效率大大提高，從而使原料的轉(zhuǎn)化率大大提高．請(qǐng)你應(yīng)用化學(xué)基本理論對(duì)此觀點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)：

 

．
②合成氨工業(yè)生產(chǎn)中所用的α-Fe催化劑的主要成分是FeO、Fe₂O₃，當(dāng)催化劑中Fe²⁺與Fe³⁺的物質(zhì)的量之比為1：2時(shí)，其催化活性最高，以Fe₂O₃為原料制備上述催化劑，可向其中加入適量炭粉，發(fā)生如下反應(yīng)：2Fe₂O₃十C

△   .

4FeO十CO₂↑．為制得這種活性最高的催化劑，應(yīng)向480g Fe₂O₃粉末中加入炭粉的質(zhì)量為

 

g．

Answer 1

考點(diǎn)：探究濃度、催化劑對(duì)化學(xué)平衡的影響,化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算,有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,探究化學(xué)反應(yīng)機(jī)理

專題：計(jì)算題,基本概念與基本理論

分析：（1）催化劑不同催化效果不同，可將經(jīng)催化反應(yīng)后的混合氣體通過(guò)滴有酚酞的稀硫酸溶液（溶液的體積、濃度均相同），測(cè)量并記錄的溶液顯色的時(shí)間；
（2）①CO、NO和氧氣反應(yīng)生成了CO₂和N₂，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式，然后判斷氧化劑；
②寫出CH₄還原NO₂至N₂的熱化學(xué)方程式，然后結(jié)合CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H₁=-574kJ?mol^-1反應(yīng)，求算出△H₂；
（3）①催化劑只能加快反應(yīng)速度，不能改變化學(xué)平衡；
②先根據(jù)題干信息計(jì)算出參加被還原成氧化亞鐵的氧化鐵的質(zhì)量，再根據(jù)反應(yīng)方程式2Fe₂O₃十C

△   .

4FeO十CO₂↑計(jì)算出需要加入碳粉的質(zhì)量．

解答： 解：I（1）溶液顯色的時(shí)間不同，說(shuō)明催化劑的催化效果不同，需要測(cè)量并記錄溶液顯色所需要的時(shí)間，
故答案為：溶液顯色所需要的時(shí)間；
（2）①根據(jù)圖示，CO、NO和氧氣反應(yīng)生成了CO₂和N₂，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NO+O₂+4CO4CO₂+N₂，該反應(yīng)中一氧化氮被還原生成氮?dú)猓琋O為氧化劑，
故答案為：2CO+2NO

催化劑  .

N₂+2CO₂；NO；
②1molCH₄還原NO₂至N₂，熱化學(xué)方程式是：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H₃=-867kJ?mol^-1；結(jié)合熱化學(xué)方程式CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H₁=-574kJ?mol^-1，可以得出：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H₂=-1160 kJ?mol^-1；
故答案為：-1160 kJ?mol^-1；
（3）①該研究只能提高化學(xué)反應(yīng)速率，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)，
故答案為：該研究只能提高化學(xué)反應(yīng)速率，不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)；
 ②合成氨工業(yè)生產(chǎn)中所用的α-Fe催化劑的主要成分是FeO、Fe₂O₃，當(dāng)催化劑中Fe²⁺與Fe³⁺的物質(zhì)的量之比為1：2時(shí)，F(xiàn)eO與Fe₂O₃的物質(zhì)的量之比為1：1，即氧化鐵中與碳粉反應(yīng)生成氧化亞鐵的鐵元素為氧化鐵中鐵元素的

1

3

，480g氧化鐵中被還原生成氧化亞鐵的質(zhì)量為：480g×

1

3

=160g，
根據(jù)反應(yīng)2Fe₂O₃十C

△   .

4FeO十CO₂↑可知，
        320    12
        160g   m
需要加入的碳粉的質(zhì)量為：320m=160×12，
解得：m=6g，
即：為制得這種活性最高的催化劑，應(yīng)向480g Fe₂O₃粉末中加入炭粉的質(zhì)量為6g，
故答案為：6．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了催化劑對(duì)化學(xué)平衡的影響、化學(xué)反應(yīng)速率的影響及化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià)，題目難度中等，注意明確催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的影響，正確解讀題目給出的信息是解決信息性題目的關(guān)鍵，要善于從信息中捕捉最有效的信息用來(lái)處理問(wèn)題．