Question

【題目】催化劑是化工技術的核心，絕大多數的化工生產需采用催化工藝。

I．（1）催化劑的選擇性指在能發(fā)生多種反應的反應系統(tǒng)中，同一催化劑促進不同反應的程度的比較，實質上是反應系統(tǒng)中目的反應與副反應之間反應速度競爭的表現。如圖所示為一定條件下1mol CH3OH與O2發(fā)生反應時，生成CO、CO2或HCHO的能量變化圖[反應物O2（g）和生成物H2O（g）略去]。在有催化劑作用下，CH3OH與O2反應主要生成____（選填“CO或CO2或HCHO”）。

（2）2007年諾貝爾化學獎授予善于做“表面文章”的德國科學家哈德·埃特爾，他的成就之一是證實了氣體在固體催化劑表面進行的反應，開創(chuàng)了表面化學的方法論。埃特爾研究的氮氣和氫氣分子在固體催化劑表面發(fā)生的部分變化過程如圖所示：

①下列說法不正確的是____。

A 升高溫度可以提高一段時間內NH3的生產效率

B 圖示中的②一③以及后面幾個過程均是放熱過程

C 此圖示中存在H-H鍵斷裂和N-N鍵斷裂，以及N-H鍵的形成過程

②合成氨工業(yè)中，原料氣（N2、H2及少量CO、NH3的混合氣）在進入合成塔前常用Cu（NH3）2Ac（醋酸二氨合亞銅，Ac代表醋酸根）溶液來吸收原料氣中的CO，其反應是：

生產中必須除去原料氣中CO的原因是 ___；Cu（NH3）2Ac溶液吸收原料氣中的CO的生產適宜條件應是___。

Ⅱ．氮循環(huán)是指氮在自然界中的循環(huán)轉化過程，是生物圈內基本的物質循環(huán)之一，存在較多藍、綠藻類的酸性水體中存在如有圖所示的氮循環(huán)，請回答相關問題。

（3） NH4+硝化過程的方程式是2NH4++3O2 2HNO3+2H2O+2H+，恒溫時在亞硝酸菌的作用下發(fā)生該反應，能說明體系達到平衡狀態(tài)的是____（填標號）。

A 溶液的pH不再改變

B NH4+的消耗速率和H+的生成速率相等

C 溶液中NH4+、NH3H2O、HNO3、NO2-的總物質的量保持不變

實驗測得在其它條件一定時，NH4+硝化反應的速率隨溫度變化曲線如下圖A所示，溫度高于35℃時反應速率迅速下降的原因可能是 ___。

（4）亞硝酸鹽含量過高對人和動植物都會造成直接或間接的危害，因此要對亞硝酸鹽含量過高的廢水進行處理。處理亞硝酸鹽的方法之一是用次氯酸鈉將亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽，反應方程式是ClO-+ NO2-=NO3-+Cl-。在25℃和35℃下，分別向NO2-初始濃度為5×10-3 mol/L的溶液中按不同的投料比加人次氯酸鈉固體（忽略溶液體積的變化），平衡時NO2-的去除率和溫度、投料比的關系如上圖B所示，a、b、c、d四點ClO-的轉化率由小到大的順序是____，35℃時該反應的平衡常數K=____（保留三位有效數字）。

Answer 1

【答案】HCHO C 防止CO使催化劑中毒 低溫、高壓 A 溫度過高使亞硝酸菌變性 d、c、b、a 2.67

【解析】

（1）根據圖象可知轉化為甲醛時活化能最低，所以使用催化劑時主要產物為HCHO。

答案為：HCHO。

（2）①A．N2中鍵能較大，常溫不易反應，升高溫度可促使N2中化學鍵斷裂，加快反應進程，提高生產效率，A正確；

B．圖示中②→③及后面的幾個過程均為形成新的化學鍵N-H，而形成新的化學鍵要放出熱量，B正確；

C．此圖中①→②是N-N鍵斷裂，②以后為N-H鍵的形成，沒有出現H-H鍵斷裂的圖示，C錯誤；

答案選C。

② 生產中必須除去原料氣中的CO的原因是防止合成塔中的催化劑中毒，據題可知溶液吸收CO的正反應為氣體體積減少的放熱反應，在低溫、高壓的條件下有利于CO的吸收。

答案為：防止CO使催化劑中毒；低溫、高壓。

（3）A．由2NH4++3O2 2HNO3+2H2O+2H+可知，當pH不變也就是H+不變則說明反應達到平衡，A正確；

B．由反應可知NH4+的消耗速率和H+的生成速率描述的都是正反應，無法判斷反應是否達到平衡，B錯誤；

C．在氮的循環(huán)中，氮元素的物質的量始終保持不變，C錯誤；

由圖A可知35℃時反應速率迅速下降是因為反應中有亞硝酸菌參與，而溫度過高會使細菌亞硝酸菌中的蛋白質發(fā)生變性，從而導致速率變慢。

答案為：A；溫度過高使亞硝酸菌變性。

（4）由圖像可知，a、b兩點溫度相同，都是25℃，由a點到b點，投料比不斷增大，可以理解為不斷增加n(ClO-)，NO2-的去除率不斷增大，而ClO-的轉化率不斷減小，所以ClO-的轉化率：a>b，同理可得：c>d，而c、d兩點，投料比相同，由b到c升高溫度，而NO2-的去除率不斷減小，說明正反應是放熱反應，則ClO-的轉化率b>c，所以a、b、c、d四點ClO-的轉化率由小到大的順序是：d、c、b、a；NO2-初始濃度為5×10-3 mol/L，35℃當投料比為2的時候，NO2-的去除率為80%，平衡時NO2-的轉化量為5×10-3 mol/L×80%=4×10-3 mol/L，用三段式進行計算：

平衡常數K===2.67 。

答案為: d、c、b、a；2.67。