Question

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。

(1)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)4NO(g) +6H₂O(g)    △H= -905.0 kJ·mol^-1

反应II:4NH₃(g)+3O₂(g)2N₂(g) +6H₂O(g)     △H= -1266.6 kJ·mol^-1

写出NO分解生成N₂与O₂的热化学方程式_____。

(2)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反应I ,测得不同时间的NH₃和O₂,的浓度如下表：

时间(min)	0	5	10	15	20	25
c(NH3)/mol·L^-1	1.00	0.36	0.12	0.08	0.072	0.072
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_____________。

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4v_正(NH₃) =6v_逆(H₂O)时，说明反应已达平衡

C.当容器内=1时，说明反应已达平衡

D.前10分钟内的平均速率v( NO)=0.088 mol·L^-1·min^-1

(3)氨催化氧化时会发生上述两个竞争反应I、II。为分析某催化剂对该反应的选择性，在1L密闭容器中充入1 mol NH₃和2mol O₂，测得有关物质的量关系如下图：

①该催化剂在低温时选择反应_______(填“ I ”或“ II”）。

②52℃时，4NH₃+3O₂2N₂+6H₂O的平衡常数K=_______(不要求得出计算结果，只需列出数字计算式）。

③C点比B点所产生的NO的物质的量少的主要原因________。

(4)制备催化剂时常产生一定的废液，工业上常利用氢硫酸检测和除去废液中的Cu²⁺。

已知：25℃时，K₁(H₂S) =1.3×10^-7，K₁(H₂S) =7.1×10^-15，K_sp(CuS) =8.5×10^-45

①在计算溶液中的离子浓度时，涉及弱酸的电离通常要进行近似处理。则0.lmol •L^-1氢硫酸的pH≈______(取近似整数）。

②某同学通过近似计算发现0.lmol •L^-1氢硫酸与0.0lmol •L^-1氢硫酸中的c(S^2-)相等，而且等于_____mol·L^-1

③已知，某废液接近于中性，若加入适量的氢硫酸，当废液中c(Cu²⁺) >_____ mol·L^-1(计算结果保留两位有效数字），就会产生CuS沉淀。

Answer

2NO(g)N2(g) +O2(g) △H= -180.8 kJ·mol-1 AD II 该反应为放热反应，当温度升高，平衡向左(逆反应)移动 4 7.1×10-15 1.2×10-30

【解析】(1)已知：反应I ：4NH3(g) +5O2(g)4NO(g) +6H2O(g) △H= -905.0 kJ·mol-1，反应 II : 4NH3(g)+3O2(g)2N2(g) +6H2O(g) △H= -1266.6 kJ·mol-1，根据盖斯定律可知（ II-I）÷2可得2NO(g) =O2+N2(g) ，△H=[(-1266.6 kJ·mol-1)-(-905.0 kJ·mol-1)]÷2 = △H= -180.8 kJ·mol-1，NO分解生成N2与O2的热化学方程式为2NO(g)N2(g) +O2(g) △H= -180.8 kJ·mol-1；

（2）A．催化剂的使用，可降低该反应的活化能，加快其反应速率，故A正确；B．当6v正(NH3) =4v逆(H2O)时可说明反应已达平衡，故B错误；C．容器内=1时，无法表明反应达到平衡，故C错误；D．前10分钟内的平均速率v(NH3)=v( NO)= mol·L-1·min-1=0.088 mol·L-1·min-1，故D正确；答案为AD。

(3)①由图示可知低温时，容器主要产物为N2，则该催化剂在低温时选择进行反应II；

② 4NH3(g) +5O2(g)4NO(g) +6H2O

变化物质的量浓度（mol/L） 0.2 0.25 0.2 0.3

4NH3+3O22N2+6H2O

变化物质的量浓度（mol/L） 0.4 0.3 0.2 0.6

平衡物质的量浓度（mol/L） 0.4 1.45 0.2 0.9

故520℃时4NH3+3O22N2+6H2O的平衡常数K=；

③ 已知4NH3(g) +5O2(g)4NO(g) +6H2O(g) △H= -905.0 kJ·mol-1，正反应是放热反应，当反应达到平衡后，温度升高，平衡向左(逆反应)移动，导致NO的物质的量逐渐减小，即C点比B点所产生的NO的物质的量少；

(4)①多元弱酸电离时分步进行，但第一步是主要的，

H2SH+ + HS-

起始物质的量浓度（mol •L-1） 0.1 0 0

起始物质的量浓度（mol •L-1） x x x

起始物质的量浓度（mol •L-1） 0.1-x x x

则K1(H2S) =1.3×10-7≈，解得x≈1.3×10-4mol •L-1，0.l mol •L-1氢硫酸的pH≈4；

②若0.lmol •L-1氢硫酸与0.0lmol •L-1氢硫酸中的c(S2-)相等，则可近似认为HS-的浓度和H+相等，此时K2(H2S) =[c(H+)c(S2-)]÷c(HS-)=7.1×10-15，c(S2-)=7.1×10-15mol •L-1；

③溶液中c(S2-)为7.1×10-15mol·L-1，根据Ksp(CuS) =c(Cu2+) ×c(S2-)=8.5×10-45，可知c(Cu2+) =8.5×10-45÷7.1×10-15=1.2×10-30mol·L-1。