Question

18．（1）科學家尋找高效催化劑，通過如下反應實現(xiàn)大氣污染物轉化：
2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H₁
已知：CO燃燒熱△H₂=-283kj/mol
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₃
幾種化學鍵的鍵能數(shù)據(jù)如表一：
表一：

化學鍵	N≡N	O=O	NO中氮氧鍵
鍵能（kJ/mol）	945	498	630

上述△H₃=+183kJ•moL^-1，△H₁=-749kJ•moL^-1．
（2）NH₃作為一種重要化工原料，被大量應用于工業(yè)生產(chǎn)，與其有關性質反應的催化劑研究曾被列入國家863計劃．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下述反應I，測得不同時間的NH₃和O₂的濃度如表：
表二：

時間（min）	0	5	10	15	20	25
c（NH3）/mol•L-1	1.00	0.36	0.12	0.08	0.0072	0.0072
c（O2）/mol•L-1	2.00	1.20	0.90	0.85	0.84	0.84

則下列有關敘述中正確的是AD
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4υ_正（NH₃）=6υ_逆（H₂O）時，說明反應已達平衡
C．當容器內$\frac{n（NO）}{n（N{H}_{3}）}$=1時，說明反應已達平衡
D．前10分鐘內的平均速率υ（NO）=0.088mol•L^-1•min^-1
（3）氨催化氧化時會發(fā)生下述兩個競爭反應I、II．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）$?_{高溫}^{Pt/Ru}$ 4NO（g）+6H₂O（g）
反應II：4NH₃（g）+3O₂（g）$?_{高溫}^{Cu/TiO_{2}}$   2N₂（g）+6H₂O（g）
為分析某催化劑對該反應的選擇性，在1L密閉容器中充入1mol NH₃和2mol O₂，測得有關物質的量關系如圖：
①該催化劑在高溫時選擇反應I（填“I”或“II”）．
②520℃時，4NH₃+3O₂?2N₂+6H₂O的平衡常數(shù)K=$\frac{0．{2}^{4}×0．{9}^{6}}{0．{4}^{4}×1.4{5}^{5}}$（不要求得出計算結果，只需列出數(shù)字計算式）．
③由圖象可判斷，反應I正反應△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）
④C點比B點所產(chǎn)生的NO的物質的量少的主要原因升高溫度平衡逆向移動．
（4）羥胺（NH₂OH）的電子式，羥胺是一種還原劑，現(xiàn)用25.00mL 0.049mol/L的羥胺的酸性溶液跟足量的硫酸鐵溶液在煮沸條件下反應，生成的Fe²⁺恰好與24.50mL0.020mol/L的KMnO₄酸性溶液完全作用，則在上述反應中，羥胺的氧化產(chǎn)物是N₂O．

Answer 1

分析 （1）化學反應焓變=反應物鍵能總和-生成物鍵能總和計算，CO的燃燒熱△H₂=-283kJ•moL^-1，即2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ/mol，根據(jù)表中數(shù)據(jù)以及蓋斯定律來計算；
（2）A．催化劑改變反應途徑，降低反應活化能；
B．不同物質表示的正、逆反應速率之比等于化學計量數(shù)之比時，反應達到平衡狀態(tài)；
C．當反應達到平衡狀態(tài)時，正、逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變；
D．v=$\frac{△c}{△t}$據(jù)此進行計算；
（3）①根據(jù)生成物氮氣、NO的物質的量判斷催化劑對反應的選擇性；
②520℃平衡時n（NO）=n（N₂）=0.2mol，利用方程式計算兩個反應消耗的氨氣、氧氣物質的量以及生成的水的物質的量，可以計算平衡時氨氣與氧氣物質的量，由于容器體積為1L，利用物質的量代替濃度帶入K=$\frac{{c}^{4}（NO）•{c}^{6}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）•{c}^{5}（{O}_{2}）}$計算；
③達到平衡后升高溫度NO的物質的量減少，說明平衡逆向移動，則為放熱反應；
④C的溫度較高，抑制平衡正向移動；
（4）由信息“25.00mL 0.049mol/L的羥胺的酸性溶液跟足量的硫酸鐵溶液在煮沸條件下反應，生成的Fe²⁺恰好與24.50mL 0.020mol/L的KMnO₄酸性溶液完全作用”可知，NH₂OH失去電子數(shù)等于高錳酸鉀得到電子數(shù)，以此來計算．

解答 解：（1）焓變=反應物鍵能總和-生成物鍵能總和，則反應①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₃=945kJ/mol+498kJ/mol-630kJ/mol×2=+183 kJ•moL^-1，CO的燃燒熱△H₂=-283kJ•moL^-1，即2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ/mol ②，②-①得到2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），所以2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g），△H₁=-566kJ/mol-183 kJ•moL^-1=-749kJ•moL^-1，
故答案為：+183 kJ•moL^-1；-749kJ•moL^-1；
（2）A．加入催化劑，改變反應途徑，降低反應的活化能，增加了活化分子百分數(shù)，化學反應速率增大，故A正確；
B．對于反應4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），應是 6v _正（NH₃）=4v _逆（H₂O）時，反應達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，因破壞常數(shù)未知，則 $\frac{n（NO）}{n（N{H}_{3}）}$=1 不能確定是否平衡，故C錯誤；
D．4NH₃（g）+5O₂（g）$?_{高溫}^{Pt/Ru}$ 4NO（g）+6H₂O（g），V（NH₃）=$\frac{（1-0.12）mol/L}{10min}$=0.088mol•L^-1•min^-1，據(jù)方程式NH₃和NO前系數(shù)相等，則反應速率也相等，故υ（NO）=0.088mol•L^-1•min^-1，故D正確，
故答案為：AD；
（3）①由圖可知，該催化劑在高溫時，生成的NO物質的量遠大于氮氣的，故該催化劑在高溫下選擇反應I，
故答案為：I；
②在 1L 密閉容器中充入 1mol NH₃和 2mol O₂，520℃平衡時n（NO）=n（N₂）=0.2mol，則：
                    4NH₃（g）+5O₂?4NO（g）+6H₂O（g）
變化（mol ）：0.2         0.25      0.2           0.3
                   4NH₃（g）+3O₂（g）?2N₂（g）+6H₂O（g）
變化（mol ）：0.4         0.3          0.2          0.6
故平衡時，n（NH₃）=1mol-0.2mol-0.4mol=0.4mol，n（O₂）=2mol-0.25mol-0.3mol=1.45mol，n（H₂O）=0.3mol+0.6mol=0.9mol，由于容器體積為1L，利用物質的量代替濃度計算平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{4}（NO）•{c}^{6}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）•{c}^{5}（{O}_{2}）}$=$\frac{0．{2}^{4}×0．{9}^{6}}{0．{4}^{4}×1.4{5}^{5}}$，
故答案為：$\frac{0．{2}^{4}×0．{9}^{6}}{0．{4}^{4}×1.4{5}^{5}}$；

③達到平衡后升高溫度NO的物質的量減少，說明平衡逆向移動，則為放熱反應，可知△H＜0，故答案為：＜；
④正反應放熱，升高溫度平衡逆向移動，則C的溫度較高，抑制平衡正向移動，NO的物質的量較少，故答案為：升高溫度平衡逆向移動；
（4）羥胺的電子式為，由25.00mL 0.049mol/L的羥胺的酸性溶液跟足量的硫酸鐵溶液在煮沸條件下反應，生成的Fe²⁺恰好與24.50mL 0.020mol/L的KMnO₄酸性溶液完全作用可知，
NH₂OH失去電子數(shù)等于高錳酸鉀得到電子數(shù)，
設羥胺的氧化產(chǎn)物中N元素的化合價為x，
由電子守恒可知，25.00×0.001L×0.049mol/L×（x+1）=24.50×0.001L×0.020mol/L×（7-2），
解得x=1，羥胺的氧化產(chǎn)物是N₂O，
故答案為：；N₂O．

點評 本題考查反應熱計算、化學平衡狀態(tài)及其影響因素、對圖象的分析問題、化學平衡常數(shù)計算等，屬于拼合型題目，是高考熱點題型，平衡常數(shù)計算為易錯點，題目有利于培養(yǎng)學生的分析能力和計算能力．