Question

18．（1）科学家寻找高效催化剂，通过如下反应实现大气污染物转化：
2CO（g）+2NO（g）?N₂（g）+2CO₂（g）△H₁
已知：CO燃烧热△H₂=-283kj/mol
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₃
几种化学键的键能数据如表一：
表一：

化学键	N≡N	O=O	NO中氮氧键
键能（kJ/mol）	945	498	630

上述△H₃=+183kJ•moL^-1，△H₁=-749kJ•moL^-1．
（2）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．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下述反应I，测得不同时间的NH₃和O₂的浓度如表：
表二：

时间（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

则下列有关叙述中正确的是AD
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4υ_正（NH₃）=6υ_逆（H₂O）时，说明反应已达平衡
C．当容器内$\frac{n（NO）}{n（N{H}_{3}）}$=1时，说明反应已达平衡
D．前10分钟内的平均速率υ（NO）=0.088mol•L^-1•min^-1
（3）氨催化氧化时会发生下述两个竞争反应I、II．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）$?_{高温}^{Pt/Ru}$ 4NO（g）+6H₂O（g）
反应II：4NH₃（g）+3O₂（g）$?_{高温}^{Cu/TiO_{2}}$   2N₂（g）+6H₂O（g）
为分析某催化剂对该反应的选择性，在1L密闭容器中充入1mol NH₃和2mol O₂，测得有关物质的量关系如图：
①该催化剂在高温时选择反应I（填“I”或“II”）．
②520℃时，4NH₃+3O₂?2N₂+6H₂O的平衡常数K=$\frac{0．{2}^{4}×0．{9}^{6}}{0．{4}^{4}×1.4{5}^{5}}$（不要求得出计算结果，只需列出数字计算式）．
③由图象可判断，反应I正反应△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）
④C点比B点所产生的NO的物质的量少的主要原因升高温度平衡逆向移动．
（4）羟胺（NH₂OH）的电子式，羟胺是一种还原剂，现用25.00mL 0.049mol/L的羟胺的酸性溶液跟足量的硫酸铁溶液在煮沸条件下反应，生成的Fe²⁺恰好与24.50mL0.020mol/L的KMnO₄酸性溶液完全作用，则在上述反应中，羟胺的氧化产物是N₂O．

Answer 1

分析 （1）化学反应焓变=反应物键能总和-生成物键能总和计算，CO的燃烧热△H₂=-283kJ•moL^-1，即2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ/mol，根据表中数据以及盖斯定律来计算；
（2）A．催化剂改变反应途径，降低反应活化能；
B．不同物质表示的正、逆反应速率之比等于化学计量数之比时，反应达到平衡状态；
C．当反应达到平衡状态时，正、逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变；
D．v=$\frac{△c}{△t}$据此进行计算；
（3）①根据生成物氮气、NO的物质的量判断催化剂对反应的选择性；
②520℃平衡时n（NO）=n（N₂）=0.2mol，利用方程式计算两个反应消耗的氨气、氧气物质的量以及生成的水的物质的量，可以计算平衡时氨气与氧气物质的量，由于容器体积为1L，利用物质的量代替浓度带入K=$\frac{{c}^{4}（NO）•{c}^{6}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）•{c}^{5}（{O}_{2}）}$计算；
③达到平衡后升高温度NO的物质的量减少，说明平衡逆向移动，则为放热反应；
④C的温度较高，抑制平衡正向移动；
（4）由信息“25.00mL 0.049mol/L的羟胺的酸性溶液跟足量的硫酸铁溶液在煮沸条件下反应，生成的Fe²⁺恰好与24.50mL 0.020mol/L的KMnO₄酸性溶液完全作用”可知，NH₂OH失去电子数等于高锰酸钾得到电子数，以此来计算．

解答 解：（1）焓变=反应物键能总和-生成物键能总和，则反应①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₃=945kJ/mol+498kJ/mol-630kJ/mol×2=+183 kJ•moL^-1，CO的燃烧热△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，
故答案为：+183 kJ•moL^-1；-749kJ•moL^-1；
（2）A．加入催化剂，改变反应途径，降低反应的活化能，增加了活化分子百分数，化学反应速率增大，故A正确；
B．对于反应4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），应是 6v _正（NH₃）=4v _逆（H₂O）时，反应达到平衡状态，故B错误；
C．当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，因破坏常数未知，则 $\frac{n（NO）}{n（N{H}_{3}）}$=1 不能确定是否平衡，故C错误；
D．4NH₃（g）+5O₂（g）$?_{高温}^{Pt/Ru}$ 4NO（g）+6H₂O（g），V（NH₃）=$\frac{（1-0.12）mol/L}{10min}$=0.088mol•L^-1•min^-1，据方程式NH₃和NO前系数相等，则反应速率也相等，故υ（NO）=0.088mol•L^-1•min^-1，故D正确，
故答案为：AD；
（3）①由图可知，该催化剂在高温时，生成的NO物质的量远大于氮气的，故该催化剂在高温下选择反应I，
故答案为：I；
②在 1L 密闭容器中充入 1mol NH₃和 2mol O₂，520℃平衡时n（NO）=n（N₂）=0.2mol，则：
                    4NH₃（g）+5O₂?4NO（g）+6H₂O（g）
变化（mol ）：0.2         0.25      0.2           0.3
                   4NH₃（g）+3O₂（g）?2N₂（g）+6H₂O（g）
变化（mol ）：0.4         0.3          0.2          0.6
故平衡时，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，由于容器体积为1L，利用物质的量代替浓度计算平衡常数K=$\frac{{c}^{4}（NO）•{c}^{6}（{H}_{2}O）}{{c}^{4}（N{H}_{3}）•{c}^{5}（{O}_{2}）}$=$\frac{0．{2}^{4}×0．{9}^{6}}{0．{4}^{4}×1.4{5}^{5}}$，
故答案为：$\frac{0．{2}^{4}×0．{9}^{6}}{0．{4}^{4}×1.4{5}^{5}}$；

③达到平衡后升高温度NO的物质的量减少，说明平衡逆向移动，则为放热反应，可知△H＜0，故答案为：＜；
④正反应放热，升高温度平衡逆向移动，则C的温度较高，抑制平衡正向移动，NO的物质的量较少，故答案为：升高温度平衡逆向移动；
（4）羟胺的电子式为，由25.00mL 0.049mol/L的羟胺的酸性溶液跟足量的硫酸铁溶液在煮沸条件下反应，生成的Fe²⁺恰好与24.50mL 0.020mol/L的KMnO₄酸性溶液完全作用可知，
NH₂OH失去电子数等于高锰酸钾得到电子数，
设羟胺的氧化产物中N元素的化合价为x，
由电子守恒可知，25.00×0.001L×0.049mol/L×（x+1）=24.50×0.001L×0.020mol/L×（7-2），
解得x=1，羟胺的氧化产物是N₂O，
故答案为：；N₂O．

点评 本题考查反应热计算、化学平衡状态及其影响因素、对图象的分析问题、化学平衡常数计算等，属于拼合型题目，是高考热点题型，平衡常数计算为易错点，题目有利于培养学生的分析能力和计算能力．