Question

【题目】催化剂是化工技术的核心，绝大多数的化工生产需采用催化工艺。

I．（1）催化剂的选择性指在能发生多种反应的反应系统中，同一催化剂促进不同反应的程度的比较，实质上是反应系统中目的反应与副反应之间反应速度竞争的表现。如图所示为一定条件下1mol CH3OH与O2发生反应时，生成CO、CO2或HCHO的能量变化图[反应物O2（g）和生成物H2O（g）略去]。在有催化剂作用下，CH3OH与O2反应主要生成____（选填“CO或CO2或HCHO”）。

（2）2007年诺贝尔化学奖授予善于做“表面文章”的德国科学家哈德·埃特尔，他的成就之一是证实了气体在固体催化剂表面进行的反应，开创了表面化学的方法论。埃特尔研究的氮气和氢气分子在固体催化剂表面发生的部分变化过程如图所示：

①下列说法不正确的是____。

A 升高温度可以提高一段时间内NH3的生产效率

B 图示中的②一③以及后面几个过程均是放热过程

C 此图示中存在H-H键断裂和N-N键断裂，以及N-H键的形成过程

②合成氨工业中，原料气（N2、H2及少量CO、NH3的混合气）在进入合成塔前常用Cu（NH3）2Ac（醋酸二氨合亚铜，Ac代表醋酸根）溶液来吸收原料气中的CO，其反应是：

生产中必须除去原料气中CO的原因是 ___；Cu（NH3）2Ac溶液吸收原料气中的CO的生产适宜条件应是___。

Ⅱ．氮循环是指氮在自然界中的循环转化过程，是生物圈内基本的物质循环之一，存在较多蓝、绿藻类的酸性水体中存在如有图所示的氮循环，请回答相关问题。

（3） NH4+硝化过程的方程式是2NH4++3O2 2HNO3+2H2O+2H+，恒温时在亚硝酸菌的作用下发生该反应，能说明体系达到平衡状态的是____（填标号）。

A 溶液的pH不再改变

B NH4+的消耗速率和H+的生成速率相等

C 溶液中NH4+、NH3H2O、HNO3、NO2-的总物质的量保持不变

实验测得在其它条件一定时，NH4+硝化反应的速率随温度变化曲线如下图A所示，温度高于35℃时反应速率迅速下降的原因可能是 ___。

（4）亚硝酸盐含量过高对人和动植物都会造成直接或间接的危害，因此要对亚硝酸盐含量过高的废水进行处理。处理亚硝酸盐的方法之一是用次氯酸钠将亚硝酸盐氧化为硝酸盐，反应方程式是ClO-+ NO2-=NO3-+Cl-。在25℃和35℃下，分别向NO2-初始浓度为5×10-3 mol/L的溶液中按不同的投料比加人次氯酸钠固体（忽略溶液体积的变化），平衡时NO2-的去除率和温度、投料比的关系如上图B所示，a、b、c、d四点ClO-的转化率由小到大的顺序是____，35℃时该反应的平衡常数K=____（保留三位有效数字）。

Answer 1

【答案】HCHO C 防止CO使催化剂中毒 低温、高压 A 温度过高使亚硝酸菌变性 d、c、b、a 2.67

【解析】

（1）根据图象可知转化为甲醛时活化能最低，所以使用催化剂时主要产物为HCHO。

答案为：HCHO。

（2）①A．N2中键能较大，常温不易反应，升高温度可促使N2中化学键断裂，加快反应进程，提高生产效率，A正确；

B．图示中②→③及后面的几个过程均为形成新的化学键N-H，而形成新的化学键要放出热量，B正确；

C．此图中①→②是N-N键断裂，②以后为N-H键的形成，没有出现H-H键断裂的图示，C错误；

答案选C。

② 生产中必须除去原料气中的CO的原因是防止合成塔中的催化剂中毒，据题可知溶液吸收CO的正反应为气体体积减少的放热反应，在低温、高压的条件下有利于CO的吸收。

答案为：防止CO使催化剂中毒；低温、高压。

（3）A．由2NH4++3O2 2HNO3+2H2O+2H+可知，当pH不变也就是H+不变则说明反应达到平衡，A正确；

B．由反应可知NH4+的消耗速率和H+的生成速率描述的都是正反应，无法判断反应是否达到平衡，B错误；

C．在氮的循环中，氮元素的物质的量始终保持不变，C错误；

由图A可知35℃时反应速率迅速下降是因为反应中有亚硝酸菌参与，而温度过高会使细菌亚硝酸菌中的蛋白质发生变性，从而导致速率变慢。

答案为：A；温度过高使亚硝酸菌变性。

（4）由图像可知，a、b两点温度相同，都是25℃，由a点到b点，投料比不断增大，可以理解为不断增加n(ClO-)，NO2-的去除率不断增大，而ClO-的转化率不断减小，所以ClO-的转化率：a>b，同理可得：c>d，而c、d两点，投料比相同，由b到c升高温度，而NO2-的去除率不断减小，说明正反应是放热反应，则ClO-的转化率b>c，所以a、b、c、d四点ClO-的转化率由小到大的顺序是：d、c、b、a；NO2-初始浓度为5×10-3 mol/L，35℃当投料比为2的时候，NO2-的去除率为80%，平衡时NO2-的转化量为5×10-3 mol/L×80%=4×10-3 mol/L，用三段式进行计算：

平衡常数K===2.67 。

答案为: d、c、b、a；2.67。