Question

某氮肥厂氨氮废水中的氮元素多以NH₄⁺和NH₃?H₂O的形式存在．在微生物作用下，NH₄⁺经过两步反应被氧化成N0₃^-，两步反应的能量变化示意图如下：

（1）1molNH₄⁺（aq）全部氧化成N0₃^-（aq）的热化学方程式是

 

．
（2）在一定条件下，向废水中加入CH₃0H，将HNO₃还原成N₂，若该反应消耗32gCH₃0H转移6mol电子，则参加反应的还原剂和氧化剂的物质的量之比是

 

．
（3）超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层．科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO₂和N₂，化学方程式如下：2N0+2C0?2CO₂+N₂ △H 
某温度下用气体传感器测得不同的时间的NO和CO浓度如下表：

时间/s	0	1	2	3	4	5
c（NO）（×10-4mol?L-1）	10.0	4.50	2.50	1.50	1.00	1.00
c（CO）（×10-3mol?L-1）	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

请回答下列问题（均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响）：
①在上述条件下反应能够自发进行，则反应的△H

 

0（填写“＞”、“＜”、“=”）
②在该温度下，反应的平衡常数K=

 

（只写出计算结果）；
③某同学设计了三组实验，分别验证温度、催化剂比表面积对化学反应速率的影响规律，部分实验条件如下表：

实验编号	T/℃	NO初始浓度/mol?L-1	CO初始浓度/mol?L-1	催化剂的比表面积/m2?g-1
Ⅰ	280	1.20×10-3	5.80×10-3	82
Ⅱ	280	1.20×10-3	5.80×10-3	124
Ⅲ	350	1.20×10-3	5.80×10-3	124

该同学画出了表中三个实验条件下，混合气体中NO浓度随时间变化的趋势曲线图，请在图2上标明各条曲线的实验编号

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,氧化还原反应,热化学方程式

专题：化学反应中的能量变化,元素周期律与元素周期表专题,化学平衡专题

分析：（1）根据能量与反应的关系及盖斯定律来分析；
（2）32gCH₃0H转移6mol电子，即1mol还原剂参加反应转移6mol电子，根据转移的电子守恒来计算；
（3）①一般焓变减小的反应能自发进行；
②该反应4s时达到平衡，利用物质平衡时的浓度计算平衡常数；
③Ⅰ、Ⅱ的温度相同，催化剂的比表面积大的反应速率大，达到平衡的时间少；
Ⅱ、Ⅲ的催化剂的比表面积相同，温度不同，Ⅲ的温度高，反应速率大，时间少，但平衡逆向移动，NO的浓度大，以此来解答．

解答： 解：（I）（1）第一步的热化学方程式为NH₄⁺（aq）+1.5O₂（g）═NO₂^-（aq）+2H⁺（aq）+H₂O（l），△H=-273KJ/mol，
第二步的热化学方程式为：NO₂^-（aq）+0.5O₂（g）═NO₃^-（aq），△H=-73KJ/mol，
根据盖斯定律可得NH₄⁺（ap）+2O₂（g）═2H⁺（ ap）+H₂O（l）+NO₃^-（aq）△H=-346 kJ/mol，
故答案为：NH₄⁺（ap）+2O₂（g）═2H⁺（ ap）+H₂O（l）+NO₃^-（aq）△H=-346 kJ/mol；
（2）32gCH₃0H转移6mol电子，即1mol还原剂参加反应转移6mol电子，需要氧化剂的物质的量为

6mol

5

=1.2mol，
所以参加反应的还原剂和氧化剂的物质的量之比是1mol：1.2mol=5：6，故答案为：5：6；
（3）①因一般焓变减小的反应能自发进行，若在上述条件下反应能够自发进行，则反应的△H＜0，故答案为：＜；
②该反应4s时达到平衡，
    2N0+2C0?2CO₂+N₂
开始10   36    0   0
转化9    9     9   4.5
平衡1    27    9    4.5
则平衡常数K=

4.5×10-4×(9×10-4)2

(1×10-4)2×(9×10-4)2

=5000，故答案为：5000；
③Ⅰ、Ⅱ的温度相同，催化剂的比表面积大的反应速率大，达到平衡的时间少；
Ⅱ、Ⅲ的催化剂的比表面积相同，温度不同，Ⅲ的温度高，反应速率大，时间少，但平衡逆向移动，NO的浓度大，则如图所示，
故答案为：．

点评：本题综合性较强，熟悉盖斯定律计算反应热、影响反应速率和化学平衡的因素、化学平衡的计算、氧化还原反应的计算等即可解答，题目难度中等．