Question

【題目】含氮化合物對環(huán)境、生產(chǎn)和人類生命活動等具有很大的影響。請按要求回答下列問題：

（1）已知：4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g) △H1=-akJ/mol

4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) △H2=-bkJ/mol

H2O(l)=H2O(g) △H3=+ckJ/mol

則NH3(g)在氧氣中燃燒生成氮?dú)夂鸵簯B(tài)水的熱化學(xué)方程式為___。

（2）在合成工氨業(yè)中，氮?dú)庠诖呋瘎?/span>Fe上的吸附分解反應(yīng)活化能高、速率慢，因此氮?dú)獾姆磻?yīng)速率決定了合成氨的反應(yīng)速率。工業(yè)生產(chǎn)中，控制溫度773K，壓強(qiáng)3.0×105pa，原料中n(N2)：n(H2)=1：2.8。請分析說明原料氣中N2過量的理由___。

（3）已知反應(yīng)2NO(g)+O2(g)2NO2(g)，在恒溫、恒容的密閉容器中按一定比例充入總物質(zhì)的量一定的NO(g)和O2(g)，平衡時NO2的體積分?jǐn)?shù)[φ(NO2)]隨的變化如圖所示。NO的轉(zhuǎn)化率最小的是___點(diǎn)（填“a”、“b”、“c”)；當(dāng)=1.5時，達(dá)到平衡狀態(tài)時NO2的體積分?jǐn)?shù)可能是___點(diǎn)（填“d”、“e”、“f”)。

（4）肌肉中的肌紅蛋白(Mb)與O2結(jié)合生成MbO2，反應(yīng)原理可表示為：Mb(aq)+O2(g)MbO2(aq)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)可表示為：K=。37℃達(dá)到平衡時，測得肌紅蛋白的結(jié)合度(a)與氧氣分壓[p(O2)]的關(guān)系如圖所示[α=×100%]。研究表明正反應(yīng)速率v正=k正c(Mb)p(O2)，逆反應(yīng)速率v逆=k逆c(MbO2)（其中k正和k逆分別表示正、逆反應(yīng)的速率常數(shù)）．

①α(MbO2)，先隨p(O2)增大而增大，后來幾乎不變，原因是___。

②試寫出平衡常數(shù)K與速率常數(shù)k正、k逆之間的關(guān)系式K=___(用含有k正、k逆的式子表示)

③試求出圖中c點(diǎn)時，上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=___kPa-1。

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Answer 1

【答案】4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l) ΔH=-(2a+3b+30c)kJ/mol N2比氫氣易得，增加N2的量可提高氫氣的轉(zhuǎn)化率，整個反應(yīng)速率是由N2的吸附和分解速率決定的，N2的比例增大反應(yīng)速率加快 c d 前一階段是p(O2)增大，反應(yīng)速率加快，α(MbO2)隨之增大，后階段肌紅蛋白(Mb)幾乎全部轉(zhuǎn)化為MbO2 2

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律，將已知的三個熱化學(xué)方程式疊加，就得到相應(yīng)的反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

（2）增加N2的量，即增加了反應(yīng)物濃度，能加快反應(yīng)速率，提高氫氣的轉(zhuǎn)化率；

（3）當(dāng)的比值越大，NO的轉(zhuǎn)化率越��；比值越大，NO2的體積分?jǐn)?shù)增大；

（4）①開始時p(O2)增大，反應(yīng)速率加快，α(MbO2)隨之增大，后來肌紅蛋白(Mb)幾乎全部轉(zhuǎn)化為MbO2，α(MbO2)幾乎不變；

②根據(jù)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，V正=V逆，結(jié)合平衡常數(shù)表達(dá)式計算K與k正、k逆的關(guān)系；

③將P(O2)=4.5kPa，肌紅蛋白的結(jié)合度(α)是90%，通過簡單計算后，代入平衡常數(shù)表達(dá)式可得K。

（1）①4NH3(g)+6NO(g) =5N2(g)+6H2O(g) △H1=－a kJ/mol

②4NH3(g)+5O2(g)= 4NO(g)+6H2O(g) △H2=－b kJ/mol

③H2O(l)=H2O(g) △H3=+c kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，將(①×2+②×3-③×30)×，整理可得4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(l) △H=-(2a+3b+30c)kJ/mol；

（2）合成氨反應(yīng)中，氮?dú)庠?/span>Fe上的吸附分解反應(yīng)活化能高、速率慢，氮?dú)鉀Q定合成氨的反應(yīng)速率，因此原料氣中氮?dú)膺^量，可加快合成氨的反應(yīng)速率，同時提高氫氣轉(zhuǎn)化率，且氮?dú)饪梢圆捎梅蛛x液態(tài)空氣法很容易得到，所以答案為：N2比氫氣易得，增加N2的量可提高氫氣的轉(zhuǎn)化率，整個反應(yīng)速率是由N2的吸附和分解速率決定的，N2的比例增大反應(yīng)速率加快。

（3）的比值越大，可以認(rèn)為減少氧氣的量，增加一氧化氮的量，則NO的轉(zhuǎn)化率反而減小，所以NO的轉(zhuǎn)化率最小的是c點(diǎn)；當(dāng)=1.5時，根據(jù)圖示，比值越大，NO2的體積分?jǐn)?shù)增大，所以達(dá)到平衡狀態(tài)時，NO2的體積分?jǐn)?shù)可能是d點(diǎn)；

（4）①開始時p(O2)增大，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，增加氧氣濃度，反應(yīng)速率加快，α(MbO2)隨之增大，后來肌紅蛋白(Mb)幾乎全部轉(zhuǎn)化為MbO2，p(O2)增大，導(dǎo)致幾乎沒有生成MbO2，α(MbO2)幾乎不變，故原因是：前一階段是p(O2)增大，反應(yīng)速率加快，α(MbO2)隨之增大，后階段肌紅蛋白(Mb)幾乎全部轉(zhuǎn)化為MbO2；

②可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，V正=V逆，由于ν正=k正·c(Mb)· P(O2)，ν逆=k逆·c(MbO2)，所以k正·c(Mb)· P(O2)= k逆·c(MbO2)，，而反應(yīng)Mb(ag)+O2(g)MbO2(aq)的平衡常數(shù)K=；

③c點(diǎn)時，P(O2)=4.5，肌紅蛋白的結(jié)合度(α)是90%，假設(shè)開始時有Mb 1mol/L，根據(jù)α=×100%，則生成的MbO20.9mol/L，代入平衡常數(shù)表達(dá)式中可得K==2 kPa-1。