Question

19．用NH₃催化還原N_xO_y可以消除氮氧化物的污染．
已知：反應Ⅰ：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）△H₁
反應Ⅱ：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂ （且|△H₁|=2|△H₂|）
反應Ⅲ：4NH₃（g）+6NO₂（g）?5N₂（g）+3O₂（g）+6H₂O（l）△H₃
反應Ⅰ和反應Ⅱ在不同溫度時的平衡常數(shù)及其大小關系如下表

溫度/K	反應I	反應II	已知： K2＞K1＞K2′＞K1′
298	K1	K2
398	K1′	K2′

（1）△H₃=△H₁-3△H₂（用△H₁、△H₂的代數(shù)式表示）；推測反應III是吸熱反應（填“吸熱”或“放熱”）
（2）相同條件下，反應Ⅰ在2L密閉容器內(nèi)，選用不同的催化劑，反應產(chǎn)生N₂的量隨時間變化如圖1所示．
①計算0～4分鐘在A催化劑作用下，反應速率v（NO）=0.375mol•L^-1•min^-1．
②下列說法不正確的是CD．
A．單位時間內(nèi)H-O鍵與N-H鍵斷裂的數(shù)目相等時，說明反應已經(jīng)達到平衡
B．若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生反應，當K值不變時，說明反應已經(jīng)達到平衡
C．該反應的活化能大小順序是：E_a（A）＞E_a（B）＞E_a（C）
D．增大壓強能使反應速率加快，是因為增加了活化分子百分數(shù)
（3）一定條件下，反應II達到平衡時體系中n（NO）：n（O₂）：n（NO₂）=2：1：2．在其它條件不變時，再充入NO₂氣體，NO₂體積分數(shù)不變（填“變大”、“變小”或“不變”）
（4）電化學氣敏傳感器可用于監(jiān)測環(huán)境中NH₃的含量，其工作原理示意圖如圖2． 溶液中OH^-向電極a移動（填a或b），負極的電極反應式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）已知K₁＞K₁′，說明隨溫度升高，K減小，則反應Ⅰ為放熱反應，△H₁＜0；K₂＞K₂′，說明隨溫度升高，K減小，則反應II為放熱反應，△H₂＜0；反應I-反應II×3得到反應III，則△H₃=△H₁-3△H₂，據(jù)此分析；
（2）①已知4分鐘時氮氣為2.5mol，則消耗的NO為3mol，根據(jù)v（NO）=$\frac{△c}{△t}$計算；
②A．相同時間內(nèi)生成的氮氣的物質的量越多，則反應速率越快，活化能越低；
B．改變壓強，活化分子百分數(shù)不變；
C．單位時間內(nèi)H-O鍵斷裂表示逆速率，N-H鍵斷裂表示正速率，正逆速率相同則反應已經(jīng)達到平衡；
D．該反應為放熱反應，恒容絕熱的密閉容器中，反應時溫度會升高，則K會減��；
（3）恒溫恒壓容器，再充入NO₂氣體，則與原來的平衡為等效平衡；若恒溫恒容容器中，再充入NO₂氣體，容器中壓強增大，則平衡正向移動；
（4）Pt電子通入氨氣生成氮氣，說明氨氣被氧化，為原電池負極，則b為正極，氧氣得電子被還原，結合電極方程式解答該題．

解答 解：（1）已知K₁＞K₁′，說明隨溫度升高，K減小，則反應Ⅰ為放熱反應，△H₁＜0；K₂＞K₂′，說明隨溫度升高，K減小，則反應II為放熱反應，△H₂＜0；反應I-反應II×3得到反應III，則△H₃=△H₁-3△H₂，已知|△H₁|=2|△H₂|，所以△H₃=△H₁-3△H₂=|△H₂|＞0，即反應III為吸熱反應，故答案為：△H₁-3△H₂；吸熱；
（2）①已知4分鐘時氮氣為2.5mol，則消耗的NO為3mol，所以v（NO）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{3mol}{2L}}{4min}$=0.375mol•L^-1•min^-1，故答案為：0.375mol•L^-1•min^-1；
②A．單位時間內(nèi)H-O鍵斷裂表示逆速率，N-H鍵斷裂表示正速率，單位時間內(nèi)H-O鍵與N-H鍵斷裂的數(shù)目相等時，則消耗的NH₃和消耗的水的物質的量之比為4：6，則正逆速率之比等于4：6，說明反應已經(jīng)達到平衡，故A不選；
B．該反應為放熱反應，恒容絕熱的密閉容器中，反應時溫度會升高，則K會減小，當K值不變時，說明反應已經(jīng)達到平衡，故B不選；
C．相同時間內(nèi)生成的氮氣的物質的量越多，則反應速率越快，活化能越低，所以該反應的活化能大小順序是：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C），故C選；
D．增大壓強能使反應速率加快，是因為增大了活化分子數(shù)，而活化分子百分數(shù)不變，故D選；
故答案為：CD；
（3）一定條件下，反應II2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）達到平衡時體系中n（NO）：n（O₂）：n（NO₂）=2：1：2．在其它條件不變時，恒溫恒壓條件下，再充入NO₂氣體，則與原來的平衡為等效平衡，則NO₂體積分數(shù)與原來平衡相同；故答案為：不變；
（4）因為a極為負極，則溶液中的陰離子向負極移動，負極是氨氣發(fā)生氧化反應變成氮氣，且OH^-向a極移動參與反應，故電極反應式為2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O，
故答案為：a；2NH₃-6e^-+6OH^-=N₂+6H₂O．

點評 本題考查了化學平衡影響因素分析判斷、平衡常數(shù)的應用、反應速率計算、平衡狀態(tài)的判斷、電極反應式書寫等，題目難度較大，側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力．