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。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·molˉ¹

反应 II：4NH₃(g)+3O₂(g)2N₂(g) +6H₂O(g)    △H

（1）

化学键	H—O	O=O	N≡N	N—H
键能kJ·molˉ^1	463	496	942	391

  △H=__________________ 。

（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，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

（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该催化剂在高温时选择反应____________ (填“ I ”或“ II”）。

② 520℃时，4NH₃(g)+5O₂4NO(g) +6H₂O(g)的平衡常数K=____________________________ (不要求得出计算结果，只需列出数字计算式）。

③有利于提高NH₃转化为N₂平衡转化率的措施有_______________

A．使用催化剂Pt/Ru

B．使用催化剂Cu/TiO₂

C．增大NH₃和O₂的初始投料比

D．投料比不变，增加反应物的浓度

E．降低反应温度 

（4）采用氨水吸收烟气中的SO₂，

①若氨水与SO₂恰好完全反应生成正盐，则此时溶液呈_____性（填“酸”或“碱”）常温下弱电解质的电离平衡常数如下：氨水：K_b=1.8×10ˉ⁵mol·Lˉ¹；H₂SO₃ ：K_a1=1.3×10ˉ²mol·Lˉ¹，K_a2=6.3×10ˉ⁸mol·Lˉ¹

②上述溶液中通入______气体可使溶液呈中性，（填“SO₂”或NH₃”）此时溶液离子浓度由大到小的顺序_________________________________。

Answer

△H=―1260kJ·molˉ1 A I E 碱 SO2 c(NH4+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H+)=c(OH-)

【解析】（1）4NH3(g)+3O2(g)2N2(g) +6H2O(g) △H=反应物的键能总和-生成物的键能总和

==―1260kJ·molˉ1 。

（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，A.使用催化剂时，可降低该反应的活化能，加快其反应速率,A正确；B．若测得容器内4v正(NH3)=6v逆(H2O)时，两速率之比不等于化学计量数之比，说明反应未达平衡，B不正确；C．当容器内=1时，并不能说明各组分含量保持不变，也不能说明正、逆反应速率相等，所以不能说明反应已达平衡，C不正确。

（3）①根据图像结合N元素守恒可知，在高温时氨主要转化为NO，所以该催化剂在高温时选择反应I。

② 520℃时，4NH3(g)+5O24NO(g) +6H2O(g)的平衡常数可根据A点数据计算.A点对应的纵坐标为0.2，说明n(N2)=n(NO)=0.2mol，根据N元素守恒得n(NH3)=1-0.2-0.2=0.4mol，再根据H元素守恒得n(H2O)= ，最后根据O元素守恒得n(O2)=2- - = 1.45mol，所以K= 。

③使用催化剂Pt/Ru可以加快化学反应速率，但不能提高反应物的转化率，所以A和B都不正确； C．增大NH3和O2的初始投料比会减小氨气的转化率，C不正确； D．正反应是气体分子数变多的方向，投料比不变，增加反应物的浓度相当于采取了加压的措施，加压对逆反应有利，所以氨的转化率减小，D不正确； E．正反应是放热反应，所以降低反应温度对正反应有利，有利于提高NH3转化为N2平衡转化率，所以E正确。

（4）①若氨水与SO2恰好完全反应生成正盐即亚硫酸铵，溶液中铵根和亚硫酸根都会水解，铵根水解使溶液呈酸性，而亚硫酸根水解则使溶液呈碱性，由于Ka2=6.3×10ˉ8mol·Lˉ1小于Kb=1.8×10ˉ5mol·Lˉ1,根据越弱越水解，溶液的酸碱性由水解程度更大的离子决定，所以此时溶液呈碱性。由于亚硫酸氢根的电离程度大于其水解程度，亚硫酸氢铵溶液呈酸性（由Kb和Ka1=1.3×10ˉ2mol·Lˉ1的相对大小也能得出这个结论）

②由①的分析可知上述溶液中通入SO2气体可使溶液呈中性，即常温下溶液pH=7，由Ka2= =6.3,把c(H+)=1代入，得 =6.3，所以c(HSO3-)>c(SO32-)。此时溶液中的溶质为(NH4)2SO3和NH4HSO3的混合物，因为盐类水解的程度一般是很小的，所以溶液中离子浓度由大到小的顺序：c(NH4+)>c(HSO3-)>c(SO32-)>c(H+)=c(OH-)。

点睛：1.同一容器中同时发生多个可逆反应时，就有多个化学平衡。有关混合平衡的计算，我们可以根据元素守恒分析各组分的物质的量。在化学反应前后元素的种类和原子的个数一定是不变的。

2.在相同条件下，无论盐的离子水解后使溶液呈酸性还是呈碱性，都可以根据它们水解生成的弱酸或弱碱的电离平衡常数来判断盐的离子水解程度的大小，根据越弱越水解来判断溶液的酸碱性。