Question

【题目】NH3作为一种重要化工原料，被大量应用于工业生产，与其有关性质反应的催化剂研究曾被列入国家863计划。催化剂常具有较强的选择性，即专一性。已知：

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

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

（1）

化学键	H—O	O=O	N≡N	N—H
键能kJ·molˉ1	463	496	942	391

△H=__________________ 。

（2）在恒温恒容装置中充入一定量的NH3和O2，在某催化剂的作用下进行反应I，则下列有关叙述中正确的是__________________。

A．使用催化剂时，可降低该反应的活化能，加快其反应速率

B．若测得容器内4v正(NH3)=6v逆(H2O)时，说明反应已达平衡

C．当容器内=1时，说明反应已达平衡

（3）氨催化氧化时会发生上述两个竞争反应I、II。为分析某催化剂对该反应的选择性，在1L密闭容器中充入1 mol NH3和2mol O2，测得有关物质的量关系如下图：

①该催化剂在高温时选择反应____________ (填“ I ”或“ II”）。

② 520℃时，4NH3(g)+5O24NO(g) +6H2O(g)的平衡常数K=____________________________ (不要求得出计算结果，只需列出数字计算式）。

③有利于提高NH3转化为N2平衡转化率的措施有_______________

A．使用催化剂Pt/Ru

B．使用催化剂Cu/TiO2

C．增大NH3和O2的初始投料比

D．投料比不变，增加反应物的浓度

E．降低反应温度

（4）采用氨水吸收烟气中的SO2，

①若氨水与SO2恰好完全反应生成正盐，则此时溶液呈_____性（填“酸”或“碱”）常温下弱电解质的电离平衡常数如下：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______气体可使溶液呈中性，（填“SO2”或NH3”）此时溶液离子浓度由大到小的顺序_________________________________。

Answer 1

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

【解析】（1）4NH3(g)+3O2(g)2N2(g) +6H2O(g) △H=反应物的键能总和-生成物的键能总和

==―1260kJ·molˉ1 。

（2）在恒温恒容装置中充入一定量的NH3和O2，在某催化剂的作用下进行反应I，A.使用催化剂时，可降低该反应的活化能，加快其反应速率,A正确；B．若测得容器内4v正(NH3)=6v逆(H2O)时，两速率之比不等于化学计量数之比，说明反应未达平衡，B不正确；C．当容器内=1时，并不能说明各组分含量保持不变，也不能说明正、逆反应速率相等，所以不能说明反应已达平衡，C不正确。

（3）①根据图像结合N元素守恒可知，在高温时氨主要转化为NO，所以该催化剂在高温时选择反应I。

② 520℃时，4NH3(g)+5O24NO(g) +6H2O(g)的平衡常数可根据A点数据计算.A点对应的纵坐标为0.2，说明n(N2)=n(NO)=0.2mol，根据N元素守恒得n(NH3)=1-0.2-0.2=0.4mol，再根据H元素守恒得n(H2O)= ，最后根据O元素守恒得n(O2)=2- - = 1.45mol，所以K= 。

③使用催化剂Pt/Ru可以加快化学反应速率，但不能提高反应物的转化率，所以A和B都不正确； C．增大NH3和O2的初始投料比会减小氨气的转化率，C不正确； D．正反应是气体分子数变多的方向，投料比不变，增加反应物的浓度相当于采取了加压的措施，加压对逆反应有利，所以氨的转化率减小，D不正确； E．正反应是放热反应，所以降低反应温度对正反应有利，有利于提高NH3转化为N2平衡转化率，所以E正确。

（4）①若氨水与SO2恰好完全反应生成正盐即亚硫酸铵，溶液中铵根和亚硫酸根都会水解，铵根水解使溶液呈酸性，而亚硫酸根水解则使溶液呈碱性，由于Ka2=6.3×10ˉ8mol·Lˉ1小于Kb=1.8×10ˉ5mol·Lˉ1,根据越弱越水解，溶液的酸碱性由水解程度更大的离子决定，所以此时溶液呈碱性。由于亚硫酸氢根的电离程度大于其水解程度，亚硫酸氢铵溶液呈酸性（由Kb和Ka1=1.3×10ˉ2mol·Lˉ1的相对大小也能得出这个结论）

②由①的分析可知上述溶液中通入SO2气体可使溶液呈中性，即常温下溶液pH=7，由Ka2= =6.3,把c(H+)=1代入，得 =6.3，所以c(HSO3-)>c(SO32-)。此时溶液中的溶质为(NH4)2SO3和NH4HSO3的混合物，因为盐类水解的程度一般是很小的，所以溶液中离子浓度由大到小的顺序：c(NH4+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H+)=c(OH-)。