Question

2．用NH₃催化还原N_xO_y可以消除氮氧化物的污染．
已知：反应I：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）△H₁
反应II：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂ （且|△H₁|=2|△H₂|）
反应III：4NH₃（g）+6NO₂（g）?5N₂（g）+3O₂（g）+6H₂O（l）△H₃
反应I和反应II在不同温度时的平衡常数及其大小关系如表

温度/K	反应I	反应II	已知： K2＞K1＞K2′＞K1′
298	K1	K2
398	K1′	K2′

（1）△H₃=△H₃=△H₁-3△H₂（用△H₁、△H₂的代数式表示）；推测反应III是吸热反应（填“吸热”或“放热”）
（2）相同条件下，反应I在2L密闭容器内，选用不同的催化剂，反应产生N₂的量随时间变化如图1所示．
①计算0～4分钟在A催化剂作用下，反应速率v（NO）=0.375mol•L^-1•min^-1．
②下列说法不正确的是CD．
A．单位时间内H-O键与N-H键断裂的数目相等时，说明反应已经达到平衡
B．若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K值不变时，说明反应已经达到平衡
C．该反应的活化能大小顺序是：E_a（A）＞E_a（B）＞E_a（C）
D．增大压强能使反应速率加快，是因为增加了活化分子百分数
（3）一定条件下，反应II达到平衡时体系中n（NO）：n（O₂）：n（NO₂）=2：1：2．恒温恒压时，在其它条件不变时，再充入NO₂气体，NO₂体积分数不变（填“变大”、“变小”或“不变”）
（4）电化学气敏传感器可用于监测环境中NH₃的含量，其工作原理示意图如图2，溶液中OH^-向电极a移动（填a或b），负极的电极反应式为2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）已知：反应I：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）△H₁
反应II：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂
根据盖斯定律，Ⅰ-Ⅱ×3可得：4NH₃（g）+6NO₂（g）?5N₂（g）+3O₂（g）+6H₂O（l），则为△H₃=△H₁-3△H₂；
已知K₁＞K₁′，说明反应I升高温度平衡逆向移动，则反应Ⅰ为放热反应，则△H₁＜0；而K₂＞K₂′，说明反应Ⅱ升高温度平衡逆向移动，则反应Ⅱ为放热反应，则△H₂＜0，结合△H₃=△H₁-3△H₂、且|△H₁|=2|△H₂|）判断；
（2）①4min时氮气为2.5mol，则消耗的NO为2.5mol×$\frac{6}{5}$=3mol，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NO）；
②A．可逆反应到达平衡时12个O-H断裂，同时生成12个O-H键，而生成12个O-H键需要12个N-H断裂；
B．恒容绝热的密闭容器中，反应中温度会变化，则K会变化，当K值不变时，说明温度不变，反应已经达到平衡；
C．相同时间内生成的氮气的物质的量越多，则反应速率越快，活化能越低；
D．改变压强，增大单位体积内活化分子数目，活化分子百分数不变；
（3）原平衡按化学计量数转化到左边满足n（NO）：n（O₂）=2：1，再充入NO₂气体，按化学计量数转化到左边满足n（NO）：n（O₂）=2：1，恒温恒压容器，与原来的平衡为等效平衡，平衡时相同物质的含量相等；
（4）a电极通入氨气生成氮气，说明氨气被氧化，为原电池负极，则b为正极，原电池中电解质溶液阴离子向负极移动．

解答 解：（1）已知：反应I：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）△H₁
反应II：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂
根据盖斯定律，Ⅰ-Ⅱ×3可得：4NH₃（g）+6NO₂（g）?5N₂（g）+3O₂（g）+6H₂O（l），则为△H₃=△H₁-3△H₂；
已知K₁＞K₁′，说明反应I升高温度平衡逆向移动，则反应Ⅰ为放热反应，则△H₁＜0；而K₂＞K₂′，说明反应Ⅱ升高温度平衡逆向移动，则反应Ⅱ为放热反应，则△H₂＜0，已知|△H₁|=2|△H₂|，所以△H₃=△H₁-3△H₂=|△H₂|＞0，即反应Ⅲ为吸热反应，故答案为：吸热；
故答案为：△H₃=△H₁-3△H₂；吸热；
（2）①4min时氮气为2.5mol，则消耗的NO为2.5mol×$\frac{6}{5}$=3mol，所以v（NO）=$\frac{\frac{3mol}{2L}}{4min}$=0.375mol•L^-1•min^-1，
故答案为：0.375mol•L^-1•min^-1；
②A．可逆反应到达平衡时12个O-H断裂，同时生成12个O-H键，而生成12个O-H键需要12个N-H断裂，单位时间内H-O键与N-H键断裂的数目相等时，说明反应已经达到平衡，故A正确；
B．恒容绝热的密闭容器中，反应中温度会变化，则K会变化，当K值不变时，说明温度不变，反应已经达到平衡，故B正确；
C．相同时间内生成的氮气的物质的量越多，则反应速率越快，活化能越低，故活化能大小顺序是：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C），故C错误；
D．改变压强，增大单位体积内活化分子数目，活化分子百分数不变，故D错误，
故选：CD；
（3）原平衡按化学计量数转化到左边满足n（NO）：n（O₂）=2：1，再充入NO₂气体，按化学计量数转化到左边满足n（NO）：n（O₂）=2：1，恒温恒压容器，与原来的平衡为等效平衡，平衡时相同物质的含量相等，二氧化氮的体积分数不变，
故答案为：不变；
（4）a电极通入氨气生成氮气，说明氨气被氧化，为原电池负极，则b为正极，原电池中电解质溶液阴离子向负极移动，即溶液中OH^-向电极a移动，负极电极反应式为：2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案为：a；2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

点评 本题考查化学平衡影响因素、平衡常数影响因素、反应速率计算、平衡状态的判断、反应热计算、电极反应式书写等，题目难度中等，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力．