01 化學反應原理綜合題型集訓之催化劑、活化能與反應歷程（附答案解析）（全國通用）

化學反應原理綜合題型研究之催化劑、活化能與反應歷程1．合成氨是目前最有效工業(yè)固氮的方法，可解決數(shù)億人口生存問題。回答下列問題：(1)科學家研究利用鐵觸媒催化合成氨的反應歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物種用“ad”表示由圖可知合成氨反應eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。該歷程中反應速率最慢的步驟的化學方程式為__________________(2)工業(yè)合成氨反應為N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，當進料體積比V(N2)∶V(H2)＝1∶3時平衡氣體中NH3的物質的量分數(shù)隨溫度和壓強變化的關系如圖所示：①500℃時，反應平衡常數(shù)Kp(30MPa)____________Kp(100MPa)。(填“<”“＝”或“>”)②500℃、30MPa時，氫氣的平衡轉化率為________(保留兩位有效數(shù)字)，Kp＝________(MPa)－2(列出計算式)(3)科學家利用電解法在常溫常壓下實現(xiàn)合成氨，工作時陰極區(qū)的微觀示意圖如下，其中電解液為溶解有三氟甲磺酸鋰和乙醇的惰性有機溶劑①陰極區(qū)生成NH3的電極反應式為_____________________________②下列說法正確的是________(填標號)A．三氟甲磺酸鋰的作用是增強導電性B．該裝置用金(Au)作催化劑的目的是降低N2的鍵能C．選擇性透過膜可允許N2和NH3通過，防止H2O進入裝置2．合成氨技術的創(chuàng)立開辟了人工固氮的重要途徑?；卮鹣铝袉栴}：(1)德國化學家F.Haber從1902年開始研究N2和H2直接合成NH3。在1.01×105Pa、250℃時，將1molN2和1molH2加入aL剛性容器中充分反應，測得NH3體積分數(shù)為0.04；其他條件不變，溫度升高至450℃，測得NH3體積分數(shù)為0.025，則可判斷合成氨反應為________(填“吸熱”或“放熱”)反應(2)在1.01×105Pa、250℃時，將2molN2和2molH2加入aL密閉容器中充分反應，H2平衡轉化率可能為________A．＝4%B．<4%C．4%～7%D．>11.5%(3)我國科學家結合實驗與計算機模擬結果，研究了在鐵摻雜W18049納米反應器催化劑表面上實現(xiàn)常溫低電位合成氨，獲得較高的氨產量和法拉第效率。反應歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物種用*標注需要吸收能量最大的能壘(活化能)E＝_______ev，該步驟的化學方程式為_______________________________，若通入H2體積分數(shù)過大，可能造成________________________(4)T℃時，在恒溫恒容的密閉條件下發(fā)生反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反應過程中各物質濃度的變化曲線如圖所示：①表示N2濃度變化的曲線是________(填“A”、“B”或“C”)。與(1)中的實驗條件(1.01×105Pa、450℃)相比，改變的條件可能是________②在0～25min內H2的平均反應速率為________，在該條件下反應的平衡常數(shù)為________mol－2·L2(保留兩位有效數(shù)字)3．三甲胺[N(CH3)3]是重要的化工原料。最近我國科學家實現(xiàn)了使用銅催化劑將N，N－二甲基甲酰胺[(CH3)2NCHO，簡稱DMF]轉化為三甲胺的合成路線?；卮鹣铝袉栴}：(1)結合實驗與計算機模擬結果，研究單一DMF分子在銅催化劑表面的反應歷程，如下圖所示：該歷程中最大能壘(活化能)＝_________eV，該步驟的化學方程式為___________________________________(2)該反應變化的ΔH___0(填“＜”、“＞”或“＝”)，制備三甲胺的熱化學方程式為______________________(3)160℃時，將DMF(g)和H2(g)以物質的量之比為1：2充入盛有催化劑的剛性容器中，容器內起始壓強為p0，達到平衡時DMF的轉化率為25%，則該反應的平衡常數(shù)Kp＝________(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù))；能夠增大DMF平衡轉化率同時加快反應速率的操作是____________________________________________(4)三甲胺是魚腥臭的主要來源，是判斷海水魚類鮮度的化學指標之一。通過傳感器產生的電流強度可以監(jiān)測水產品中三甲胺的含量，一種燃料電池型三甲胺氣體傳感器的原理如右圖所示。外電路的電流方向為_______(填“a→b”或“b→a”)，負極的電極反應式為4．目前Haber－Bosch法是工業(yè)合成氨的主要方式，其生產條件需要高溫高壓。為了有效降低能耗，過渡金屬催化還原氮氣合成氨被認為是具有巨大前景的替代方法。催化過程一般有吸附—解離—反應—脫附等過程，圖示為N2和H2在固體催化劑表面合成氨反應路徑的勢能面圖(部分數(shù)據略)，其中“*”表示被催化劑吸附(1)氨氣的脫附是________過程(填“吸熱”或“放熱”)，合成氨的熱化學方程式：___________________________(2)合成氨的捷姆金和佩熱夫速率方程式為w＝k1p(N2)·eq\f(p1.5H2,pNH3)－k2eq\f(pNH3,p1.5H2)，w為反應的瞬時總速率，為正反應和逆反應速率之差，k1、k2是正、逆反應速率常數(shù)。合成氨反應N2＋3H22NH3的平衡常數(shù)Kp＝____________(用k1，k2表示)(注：Kp用各物質平衡分壓來表示)(3)若將2.0molN2和6.0molH2通入體積為1L的密閉容器中，分別在T1和T2溫度下進行反應。曲線A表示T2溫度下n(H2)的變化，曲線B表示T1溫度下n(NH3)的變化，T2溫度下反應到a點恰好達到平衡①溫度T1_____T2(填“＞”“＜”或“＝”下同)，T1溫度下恰好平衡時，曲線B上的點為b(m,n)，則m_____12，n_____2②T2溫度下，反應從開始到恰好平衡時平均速率v(N2)＝____________③T2溫度下，合成氨反應N2＋3H22NH3的平衡常數(shù)的數(shù)值是____________；若某時刻，容器內氣體的壓強為起始時的80%，則此時v(正)____________v(逆)(填“＞”“＜”或“＝”)(4)工業(yè)上通過降低反應后混合氣體的溫度而使氨氣分離出來。這種分離物質的方法，其原理類似于下列方法中的____________A．過濾B．蒸餾C．滲析D．萃取5．甲胺鉛碘(CH3NH3PbI3)用作全固態(tài)鈣鈦礦敏化太陽能電池的敏化劑，可由CH3NH2、PbI2及HI為原料合成，回答下列問題：(1)制取甲胺的反應為CH3OH(g)＋NH3(g)CH3NH2(g)＋H2O(g)ΔH。已知該反應中相關化學鍵的鍵能數(shù)據如下，則該反應的ΔH＝________kJ·mol－1共價鍵C—OH—ON—HC—NC—H鍵能/(kJ·mol－1)351463393293414(2)上述反應中所需的甲醇，工業(yè)上利用水煤氣合成：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH<0。在一定條件下，將1molCO和2molH2通入密閉容器中進行反應，當改變某一外界條件(溫度或壓強)時，CH3OH的平衡體積分數(shù)φ(CH3OH)變化趨勢如圖所示：①平衡時，M點CH3OH的體積分數(shù)為10%，則CO的轉化率為___________②X軸上a點的數(shù)值比b點____(填“大”或“小”)。某同學認為上圖中Y軸表示溫度，你認為他判斷的理由是________________________________________________________________________(3)工業(yè)上可采用CH3OHeq\o(=,\s\up11(催化劑),\s\do4(△))CO＋2H2來制取高純度的CO和H2。我國學者采用量子力學方法，通過計算機模擬，研究了在鈀基催化劑表面上甲醇制氫的反應歷程，其中吸附在鈀基催化劑表面上的物種用*標注。甲醇(CH3OH)脫氫反應的第一步歷程，有兩種可能的方式：方式A：CH3OH*CH3O*＋H*Ea＝＋103.1kJ·mol－1方式B：CH3OH*CHeq\o\al(*,3)＋OH*Eb＝＋249.3kJ·mol－1實驗證實甲醇裂解過程主要歷經的方式為A，試推測可能的原因_______________________________________下圖為計算機模擬的各步反應的能量變化示意圖。該歷程中，放熱最多的步驟的化學方程式為_______________________________(4)PbI2與金屬鋰以LiI-Al2O3固體為電解質組成鋰碘電池，其結構示意圖如下，電池總反應可表示為2Li＋PbI2=2LiI＋Pb，則b極上的電極反應式為______________________(5)CH3NH2的電離方程式為CH3NH2＋H2OCH3NHeq\o\al(＋,3)＋OH－，電離常數(shù)為Kb，已知常溫下pKb＝－lgKb＝3.4，則常溫下向CH3NH2溶液中滴加稀硫酸至c(CH3NH2)＝c(CH3NHeq\o\al(＋,3))時，溶液pH＝______(6)常溫下，PbI2飽和溶液(呈黃色)中c(Pb2+)＝1.0×10-3mol·L－1，則Ksp(PbI2)＝_________6．氨在化肥生產、儲氫及環(huán)境治理等領域發(fā)揮著重要作用。(1)中科院固體研究所的趙惠軍和張海民研究團隊以MoS2為催化劑，通過調節(jié)催化劑/電解質的表界面相互作用，在不同電解質溶液中實現(xiàn)常溫電催化合成氨，其反應歷程與相對能量模擬計算結果如圖1。將Na2SO4溶液換成Li2SO4溶液后，反應速率明顯加快的主要原因是加快了下列____________轉化的反應速率A．N2→*N2B．*N2→*N2HC．*N2H3→*ND．*NH→*NH2圖1(2)2017年Dr.KatsutoshiNagaoka等帶領的研究團隊開發(fā)了一種可以“快速啟動的氨制氫工藝”。已知：NH3(g)=eq\f(3,2)H2(g)＋eq\f(1,2)N2(g)ΔH1＝＋45.9kJ/molNH3(g)＋eq\f(3,4)O2(g)=eq\f(3,2)H2O(g)＋eq\f(1,2)N2(g)ΔH2＝－318kJ/mol則快速制氫反應NH3(g)＋eq\f(1,4)O2(g)=H2(g)＋eq\f(1,2)H2O(g)＋eq\f(1,2)N2(g)的ΔH＝____________kJ/mol。(3)氨在高溫下分解可以產生氫氣和氮氣。1100℃時，在鎢絲表面NH3分解的半衰期(濃度減小一半所需時間)如下表所示：c(NH3)/(mol/L)4.56×10－32.28×10－31.14×10－35.7×10－42.85×10－4時間/s0440660770t5表中t5的值為____________，c(NH3)的值從2.28×10－3變化至1.14×10－3的過程中，平均反應速率v(H2)＝____________mol/(L·s)(保留三位有效數(shù)字)(4)氨催化氧化時會發(fā)生兩個競爭反應：Ⅰ：4NH3(g)＋5O2(g)eq\o(=,\s\up11(催化劑),\s\do4(△))4NO(g)＋6H2O(g)ΔH＝－905.0kJ/molⅡ：4NH3(g)＋3O2(g)eq\o(=,\s\up11(催化劑),\s\do4(△))2N2(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1266.6kJ/mol圖2圖3為分析某催化劑對反應的選擇性，在1L密閉容器中存入1mol氨氣和2mol的氧氣，測得有關物質的物質的量隨溫度變化的關系如圖2①該催化劑在低溫時，選擇反應____________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。②520℃時，4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)的平衡常數(shù)K＝_________(只需列出數(shù)字計算式，無需計算結果)(5)華南理工大學提出利用電解法制H2O2并用產生的H2O2處理廢氨水，裝置如圖3所示。①IrRu惰性電極有吸附O2的作用，該電極上的反應式：_______________②理論上電路中每轉移3mol電子，最多可以處理NH3·H2O的物質的量為____________7．在鈀基催化劑表面上，甲醇制氫的反應歷程如圖所示，其中吸附在鈀催化劑表面上的物種用*標注。(1)CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1；該歷程中最大能壘(活化能)E正＝________kJ·mol－1，寫出該步驟的化學方程式________________(2)在一定溫度下，CO和H2混合氣體發(fā)生反應：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，凈反應速率v＝v正－v逆＝k正c(CO)·c2(H2)－k逆c(CH3OH)，k正、k逆分別為正、逆反應速率常數(shù)。達到平衡后，若加入高效催化劑，eq\f(v正,v逆)將__________(填“增大”“減小”或“不變”，下同)；若升高溫度，eq\f(k正,k逆)將__________(3)353K時，在剛性容器中充入CH3OH(g)，發(fā)生反應：CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)。體系的總壓強p隨時間t的變化如表所示：t/min05101520∞p/kPa101.2107.4112.6116.4118.6121.2①若升高反應溫度至373K，則CH3OH(g)分解后體系壓強p∞(373K)__________121.2kPa(填“大于”“等于”或“小于”)，原因是____________________________________②353K時，該反應的平衡常數(shù)Kp＝________(kPa)2(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù)，計算結果保留1位小數(shù))8．霾由多種污染物形成，包含顆粒物(PM2.5)、氮氧化物(NOx)、CO、SO2等?；瘜W在解決霧霾污染中有著重要的作用(1)已知：①2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)ΔH1＝－566.0kJ·mol－1②2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g)ΔH2＝－116.5kJ·mol－1③N2(g)＋O2(g)=2NO(g)ΔH3＝＋180.5kJ·mol－1廢氣中NO2與CO轉化成無污染氣體的熱化學方程式為____________________________________________(2)研究發(fā)現(xiàn)利用NH3可除去硝酸工業(yè)尾氣中的NO。NH3與NO的物質的量之比分別為1∶2、1∶1.5、3∶1時，NO脫除率隨溫度變化的曲線如圖所示①曲線a中，NO的起始濃度為6×10－4mg·m－3，從X點到Y點經過10s，則該時間段內NO的脫除速率為___________mg·m－3·s－1②曲線c對應的NH3與NO的物質的量之比是______，其理由是__________________________(3)利用反應6NO2＋8NH3=7N2＋12H2O構成的電池既能有效消除氮氧化物的排放，減輕霧霾污染，又能充分利用化學能，裝置如圖所示。①B極的電極反應式為_________________________________________________②若反應轉移1.2mol電子，A極生成N2的體積為________L(標準狀況)(4)炭黑是霧霾中的重要顆粒物，研究發(fā)現(xiàn)它可以活化氧分子，生成活化氧，活化氧可以快速氧化SO2?；罨^程的能量變化模擬計算結果如圖所示無水情況下，一個氧分子反應的活化能為________，容易活化氧分子的條件是_________(填“有水”或“無水”)9．汽車尾氣中氮氧化物的排放與霧霾天氣的產生密切相關，對其進行無害化處理是化學工作者研究的重要課題。(1)利用反應2CO(g)＋2NO(g)=2CO2(g)＋N2(g)ΔH＜0，可實現(xiàn)汽車尾氣的無害化處理。一定條件下進行該反應，測得CO的平衡轉化率與溫度、起始投料比m[m＝eq\f(n（NO）,n（CO）)]的關系如圖所示①投料比m1、m2、m3從大到小的順序為______________________②隨著溫度的升高，不同投料比下CO平衡轉化率趨于相近的原因是___________________________________(2)我國學者研究了均相NO—CO的反應歷程，反應路徑中每一階段內各駐點的能量均為相對于此階段內反應物能量的能量之差，TS代表過渡態(tài)，反應過程中的復雜中間產物直接用IM表示①2CO(g)＋2NO(g)=2CO2(g)＋N2(g)ΔH＝________②整個反應分為三個基元反應階段，總反應速率由第________(填“一”“二”或“三”)階段反應決定(3)若反應2CO(g)＋2NO(g)=2CO2(g)＋N2(g)的正、逆反應速率分別可表示為v正＝k正·c2(NO)·c2(CO)；v逆＝k逆·c(N2)·c2(CO2)，k正，k逆，分別為正、逆反應速率常數(shù)。一定溫度下，在體積為1L的恒容密閉容器中加入5molNO和5molCO發(fā)生上述反應，測得CO和CO2的物質的量濃度隨時間的變化如圖所示。①M點時，v正∶v逆＝________②測得平衡時體系壓強為p，Kp為用氣體分壓表示的平衡常數(shù)，分壓＝總壓×物質的量分數(shù)，則平衡常數(shù)Kp＝________(用含p的式子表示)。③達平衡后，若改變下列條件，既能加快反應速率又能提高NO的轉化率的是________A．分離出部分N2B．恒容時，再加入5molNO，5molCOC．壓縮容器體積增大壓強D．降低溫度(4)利用固體氧化物電解池通過電解方式分解氮氧化物的原理如下圖所示。原理是用Pt電極將NO在電解池中分解成無污染的N2和O2除去，兩電極間是新型固體氧化物電解質，在一定條件下可自由傳導O2－，電解池陰極反應式為__________________________________________________________________10．H2在生物學、醫(yī)學等領域有重要應用，傳統(tǒng)制氫成本高、技術復雜，研究新型制氫意義重大，已成為科學家研究的重要課題?；卮鹣铝袉栴}：(1)我國科學家研究發(fā)現(xiàn)，在Rh的催化下，單分子甲酸分解制H2反應的過程如圖1所示，其中帶“*”的物質表示吸附在Rh表面，該反應過程中決定反應速率步驟的化學方程式為_____________________________________；甲酸分解制H2的熱化學方程式可表示為___________________________________________(阿伏加德羅常數(shù)的值用NA表示)(2)T℃下H2S可直接分解制取H2，反應的原理如下：2H2S(g)2H2(g)＋S2(g)。實際生產中往剛性容器中同時通入H2S和水蒸氣，水蒸氣與反應體系的任何物質均不發(fā)生反應，測得容器總壓(p總壓)和H2S的轉化率(α)隨時間的變化關系如圖2所示。計算反應在0～20min內的平均反應速率v(H2)＝________kPa·min－1；平衡時，p(水蒸氣)＝________kPa，平衡常數(shù)Kp＝______kPa(Kp為以分壓表示的平衡常數(shù))(3)工業(yè)上也可采用乙苯()氣體催化脫氫法制取H2，同時生成苯乙烯()氣體。其他條件不變時，在不同催化劑(n、m、p)作用下，反應進行相同時間后，乙苯的轉化率隨反應溫度的變化如圖3所示。相同溫度下，三種催化劑(n、m、p)的催化活性由高到低的順序為______________；b點乙苯的轉化率高于a點的原因是____________________________________________________________________________【化學反應原理綜合題型研究之催化劑、活化能與反應歷程】答案1．(1)－46Nad＋3Had=NHad＋2Had或Nad+Had＝NHad(2)①＝②33%eq\f(（30×20%）2,（30×20%）×（30×60%）3)(3)①N2＋6e－＋6C2H5OH=2NH3＋6C2H5O－②AC解析：(1)根據圖示可知，合成氨反應eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(g)的ΔH＝－46kJ·mol－1。該歷程中反應速率最慢的步驟為活化能最大的步驟，結合題圖知，該步驟的化學方程式為Nad＋3Had=NHad＋2Had。(2)①平衡常數(shù)只與溫度有關，故500℃時平衡常數(shù)Kp(30MPa)＝Kp(100MPa)。②500℃、30MPa時，平衡氣體中氨的物質的量分數(shù)為20%。設起始時N2和H2分別為1mol、3mol，N2的平衡轉化量為xmol，用三段式法進行計算：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)起始量(mol)130轉化量(mol)x3x2x平衡量(mol)1－x3－3x2xeq\f(2x,4－2x)×100%＝20%，解得x＝eq\f(1,3)，則H2轉化1mol，其平衡轉化率為eq\f(1,3)×100%≈33%。平衡時N2、H2、NH3的物質的量分別為eq\f(2,3)mol、2mol、eq\f(2,3)mol，則物質的量分數(shù)分別為20%、60%、20%，故Kp＝eq\f(（30×20%）2,（30×20%）×（30×60%）3)(MPa)－2。(3)①由題圖可知陰極區(qū)電極反應式為N2＋6e－＋6CH3CH2OH=2NH3＋6CH3CH2O－。②A項，三氟甲磺酸鋰為電解質，作用是增強導電性，正確；B項，該裝置用Au作催化劑的目的是降低反應的活化能，錯誤；C項，根據圖示，選擇性透過膜可允許N2和NH3通過，防止H2O通過，正確。2．(1)放熱(2)D(3)1.54NHeq\o\al(*,3)＋NH3=2NH3占據催化劑活性位點過多(4)①B加壓或降溫②0.006mol·L－1·min－10.73解析：(1)升高溫度，NH3體積分數(shù)降低，說明升高溫度平衡逆向移動，正反應放熱；(2)在1.01×105Pa、250℃時，將1molN2和1molH2加入aL剛性容器中充分反應，測得NH3體積分數(shù)為0.04；eq\a\vs4\ac\hs10\co6(,N2（g）,＋,3H2（g）,,2NH3,初始,1mol,,1mol,,0,轉化,xmol,,3xmol,,2xmol,平衡,（1－x）mol,,（1－3x）mol,,2xmol)eq\f(2x,2－2x)＝0.04，x＝0.0384，H2平衡轉化率eq\f(0.0384×3,1)×100%＝11.5%，在1.01×105Pa、250℃時，將2molN2和2molH2，相當于加壓，平衡正向移動，氫氣轉化率增大，H2平衡轉化率>11.5%，故選D；(3)根據圖示，吸收能量最大的能壘，即相對能量的差最大是－1.02－(－2.56)＝1.54；根據圖示，該步的化學方程式是NHeq\o\al(*,3)＋NH3=2NH3；若通入H2體積分數(shù)過大，氫分子占據催化劑活性位點過多；(4)①根據反應方程式，N2、H2、NH3的變化量比為1∶3∶2，所以表示N2濃度變化的曲線是B；(1)中氫氣轉化率11.5%，1∶3時氫氣轉化率更低，圖中氫氣轉化率25%，故只能考慮壓強、溫度的影響，可以采用加壓或降溫的方法；②A表示氫氣的濃度變化，v(H2)＝eq\f(0.15mol/L,25min)＝0.006mol·L－1·min－1；K＝eq\f(c2（NH3）,c（N2）·c3（H2）)＝eq\f(（0.1mol/L）2,0.15mol/L×（0.45mol/L）3)≈0.73mol－2·L2。3．(1)1.19N(CH3)3+OH-+H+=N(CH3)3↑+H2O↑(2)<(CH3)2NCHO(g)+2H2(g)=N(CH3)3(g)+H2O(g)ΔH=-1.02NAev/mol(3)增大壓強、增大氫氣濃度(4)a→b2N(CH3)3-42e-+12H2O=N2↑+6CO2↑+42H+解析：(1)如圖所示，反應歷程中反應物和生成物相對能量差值最大的為最大能壘，即N(CH3)3+OH-+H+=N(CH3)3↑+H2O↑反應過程中活化能最大，活化能=2.21eV-1.02eV=1.19eV；(2)如圖所示，根據蓋斯定律，反應熱只與反應始態(tài)和終態(tài)有關，與反應過程無關，反應物總能量高于生成物總能量，該反應為放熱反應，ΔH＜0，單一DMF分子反應釋放的能量為1.02eV，1mol該分子放出的能量為1.02NAeV，熱化學反應方程式：(CH3)2NCHO(g)+2H2(g)=N(CH3)3(g)+H2O(g)ΔH=-1.02NAeV/mol；(3)160℃時，將DMF(g)和H2(g)以物質的量之比為1：2充入盛有催化劑的剛性容器中，容器內起始壓強為p0，達到平衡時DMF的轉化率為25%，設DMF(g)和H2(g)的初始投入物質的量為1mol和2mol，列“三段式”：根據，則p平==p0；則該反應的平衡常數(shù)Kp==；能夠增大DMF平衡轉化率同時加快反應速率的操作：增大壓強、增大氫氣濃度；(4)該電池為燃料電池，a電極上氧氣得電子發(fā)生還原反應，b電極上三甲胺失電子發(fā)生氧化反應，則a為正極，b為負極，原電池中電子從負極流向正極即從b流向a，電流的方向與電子的移動方向相反，則外電路電流的方向為a→b；電解質溶液為酸性，結合圖示，負極的電極反應式為：2N(CH3)3-42e-+12H2O=N2↑+6CO2↑+42H+。4．(1)吸熱N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92kJ/mol(2)eq\f(k1,k2)(3)①＞＜＜②0.083mol/(L·min)③0.148＞(4)B解析：(1)由勢能面圖可知，氨氣從催化劑上脫離時勢能面在升高，為吸熱過程，由圖可知0.5mol氮氣和1.5mol氫氣轉變成1mol氨氣的反應熱為21kJ/mol－17kJ/mol－50kJ/mol＝－46kJ/mol，則合成氨的熱化學方程式為N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92kJ/mol。(2)反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，則w＝k1p(N2)eq\f(p1.5H2,pNH3)－k2eq\f(pNH3,p1.5H2)＝0，k1p(N2)eq\f(p1.5H2,pNH3)＝k2eq\f(pNH3,p1.5H2)，整理得：Kp＝eq\f(p2NH3,pN2p3H2)＝eq\f(k1,k2)。(3)①曲線A表示T2溫度下n(H2)的變化，反應到4min時，v(H2)＝eq\f(\f(6mol－4mol,1L),4min)＝0.5mol/(L·min)，該條件下對應氨氣的速率為v(NH3)＝eq\f(2vH2,3)＝eq\f(2×0.5mol/L·min,3)＝0.33mol/(L·min)，曲線B表示T1溫度下n(NH3)的變化，4min時v(NH3)＝eq\f(\f(1.6mol,1L),4min)＝0.4mol/(L·min)，曲線B對應的反應速率快，可知T1＞T2，因曲線B對應的溫度高，速率快，所以到達平衡的時間比曲線A短，即m＜12，但因反應為放熱反應，溫度升高平衡逆向移動，導致曲線B平衡時氨氣的物質的量比曲線A平衡時氨氣的物質的量少，即n＜2。5．(1)－12(2)①25%②小隨著Y值的增大，φ(CH3OH)減小，平衡CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)向逆反應方向移動，故Y為溫度(3)方式A所需活化能更低，反應速率更快，更容易進行CHO*＋3H*=CO*＋4H*(或CHO*=CO*＋H*)(4)PbI2＋2e－=Pb＋2I－(或PbI2＋2e－＋2Li＋=Pb＋2LiI)(5)10.6(6)4×10-9解析：(1)反應熱等于反應物總鍵能減去生成物總鍵能，則CH3OH(g)＋NH3(g)CH3NH2(g)＋H2O(g)的ΔH＝[351＋414×3＋463＋393×3－(414×3＋293＋393×2＋463×2)]kJ·mol－1＝－12kJ·mol－1；(2)①初始投料為1molCO和2molH2，設轉化的CO的物質的量為xmol，列三段式有CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)起始/mol120轉化/molx2xx平衡/mol1－x2－2xxCH3OH的體積分數(shù)為10%，則有eq\f(x,1－x＋2－2x＋x)×100%＝10%，解得x＝0.25，所以CO的轉化率為eq\f(0.25mol,1mol)×100%＝25%；②X表示壓強，增大壓強，平衡向正反應方向移動，則CH3OH的體積分數(shù)φ(CH3OH)也增大，b點CH3OH的體積分數(shù)φ(CH3OH)大于a點CH3OH的體積分數(shù)φ(CH3OH)，則X軸上a點的數(shù)值比b點?。挥蓤D可知，隨著Y值減小，CH3OH的體積分數(shù)φ(CH3OH)增大，又因該反應是放熱反應，降低溫度，平衡向正反應方向移動，CH3OH的體積分數(shù)φ(CH3OH)也越大，故Y表示溫度。(3)方式A所需活化能更低，反應速率更快，更容易進行，所以甲醇裂解過程主要歷經的方式應為A；由圖像可知，相對能量從112.6降至－65.7時，放出的熱量最多，放熱最多的步驟的化學方程式為CHO*＋3H*=CO*＋4H*(或CHO*=CO*＋H*)。(4)根據電池總反應可知Li被氧化，應為負極，則b為正極，得電子發(fā)生還原反應，根據總反應可知b電極反應為PbI2＋2e－=Pb＋2I－或PbI2＋2e－＋2Li＋=Pb＋2LiI。(5)根據題意Kb＝eq\f(cCH3NH\o\al(＋,3)·cOH－,cCH3NH2)＝10－3.4，所以當c(CH3NH2)＝c(CH3NHeq\o\al(＋,3))時，溶液中c(OH－)＝10－3.4mol·L－1，則常溫下c(H＋)＝10－10.6mol·L－1，所以pH＝10.6。(6)常溫下，PbI2飽和溶液(呈黃色)中c(Pb2+)＝1.0×10-3mol·L－1，則，故答案為：4×10-96．(1)B(2)－75.4(3)8257.77×10－6(4)①Ⅱ②eq\f(0.24×0.96,0.44×1.455)(5)①O2＋2H＋＋2e－=H2O2②1mol解析：(1)化學反應速率快慢取決于慢反應的速率，能量越高反應速率越慢，根據圖知，反應速率取決于*N2→*N2H，B正確。(3)表中NH3分解的半衰期規(guī)律：440s、220s、110s、55s、27.5s、…，所以t5＝770s＋55s＝825s；c(NH3)的值從2.28×10－3變化至1.14×10－3的過程中，平均反應速率v(NH3)＝eq\f(Δc,Δt)＝5.18×10－6mol/(L·s)，相同時間內v(H2)＝7.77×10－6mol/(L·s)。(4)①由圖可知，該催化劑在高溫時，生成的NO物質的量遠大于氮氣的，故該催化劑在高溫下選擇反應Ⅰ，低溫時選擇反應Ⅱ。②可逆反應：4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)開始(mol/L)反應(mol/L)0.20.250.20.3平衡(mol/L)0.20.3可逆反應4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)開始(mol/L)反應(mol/L)0.40.30.20.6平衡(mol/L)0.20.6則平衡時c(NH3)＝(1－0.2－0.4)mol/L＝0.4mol/L、c(O2)＝(2－0.25－0.3)mol/L＝1.45mol/L，c(NO)＝c(N2)＝0.2mol/L、c(H2O)＝(0.3＋0.6)mol＝0.9mol，此時4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)的K＝eq\f(c4NO·c6H2O,c4NH3·c5O2)＝eq\f(0.24×0.96,0.44×1.455)。(5)①IrRu惰性電極有吸附O2的作用，該電極上氧氣得電子和氫離子反應生成雙氧水，電極反應式為O2＋2H＋＋2e－=H2O2。②雙氧水具有強氧化性，能氧化一水合氨生成氮氣，則消耗1mol一水合氨轉移3mol電子，則電路中每轉移3mol電子，最多可以處理NH3·H2O的物質的量為1mol。7．(1)＋97.9179.6CO*＋4H*=CO*＋2H2(g)或4H*=2H2(g)(2)不變減小(3)①大于CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)的正反應為氣體體積增大的吸熱反應，溫度升高，平衡右移，氣體物質的量增加，容器體積不變，總壓強變大②43.9解析：(1)根據圖像顯示，甲醇的相對能量為0，生成物相對能量為97.9kJ·mol－1，根據ΔH＝生成物總能量－反應物總能量，則CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)的ΔH＝＋97.9kJ·mol－1；根據圖像可以看出，CO*＋4H*=CO*＋2H2(g)[或4H*=2H2(g)]反應歷程中活化能E正最大為113.9kJ·mol－1－(－65.7kJ·mol－1)＝179.6kJ·mol－1。(2)平衡時正逆反應速率相等，即v正＝v逆，則eq\f(v正,v逆)＝1，凈反應速率v＝v正－v逆＝k正c(CO)·c2(H2)－k逆c(CH3OH)＝0，則該反應的平衡常數(shù)K＝eq\f(cCH3OH,cCO·c2H2)＝eq\f(k正,k逆)，催化劑可加快反應速率，但不影響平衡移動，正逆反應速率仍相等則eq\f(v正,v逆)不變；根據(1)中分析CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)的正反應為吸熱反應，則CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)的正反應為放熱反應，升高溫度反應逆向移動，平衡常數(shù)K減小，則eq\f(k正,k逆)將減小。(3)①反應CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)的正反應為氣體體積增大的吸熱反應，溫度升高，平衡右移，氣體物質的量增加，容器體積不變，總壓強變大，則升高反應溫度至373K，則CH3OH(g)分解后體系壓強p∞(373K)大于121.2kPa；②353K時，初始時平衡體系總壓強為101.2kPa，平衡時體系總壓強為121.2kPa，設初始投入CH3OH(g)為1mol，平衡時消耗CH3OH(g)的物質的量為x。CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)始/mol100變/molxx2x平/mol1－xx2x根據相同條件下，物質的量之比等于壓強之比，則eq\f(1,1－x＋2x＋x)＝eq\f(101.2kPa,121.2kPa)，解得x＝eq\f(1,10.12)mol，則平衡時，H2的物質的量為eq\f(1,5.06)mol，CH3OH的物質的量為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(1,10.12)))mol，CO的物質的量為eq\f(1,10.12)mol，平衡時的總物質的量為eq\f(6.06,5.06)mol，該反應的平衡常數(shù)Kp＝eq\f(p2H2·pCO,pCH3OH)＝eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(121.2kPa×\f(\a\vs4\al(\f(1,5.06)),\f(6.06,5.06))))2×121.2kPa×\f(\a\vs4\al(\f(1,10.12)),\f(6.06,5.06)),121.2kPa×\f(1－\f(1,10.12),\f(6.06,5.06)))≈43.9(kPa)2。8．(1)2NO2(g)＋4CO(g)=N2(g)＋4CO2(g)ΔH＝－1196.0kJ·mol－1(2)①1.2×10－5②1∶2NH3與NO的物質的量的比值越大，NO的脫除率越大(3)①2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O②3.36(4)0.75eV有水解析：(1)由蓋斯定律可知，①×2－②－③可得廢氣中NO2與CO轉化成無污染氣體的熱化學方程式為2NO2(g)＋4CO(g)=N2(g)＋4CO2(g)，則ΔH＝ΔH1×2－ΔH2－ΔH3＝(－566.0kJ·mol－1)×2－(－116.5kJ·mol－1)－(＋180.5kJ·mol－1)＝－1196.0kJ·mol－1。(2)①曲線a中，NO的起始濃度為6×10－4mg·m－3，A點的脫除率為0.55，B點的脫除率為0.75，從A點到B點經過10s，該時間段內NO的脫除速率＝eq\f(0.75－0.55×6×10－4mg·m－3,10s)＝1.2×10－5mg·m－3·s－1。②NH3與NO的物質的量的比值越大，NH3的物質的量越大，NO的脫除率越大，物質的量之比分別為1∶2、1∶1.5、3∶1，所對應的曲線分別為c、b、a。(3)①根據裝置圖可知，電極B通入氨氣，在KOH溶液中氨氣被氧化為氮氣，電極反應式為2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O；②由化學方程式可知，A極消耗6mol二氧化氮，生成3mol氮氣，反應轉移24mol電子，則反應轉移1.2mol電子，A極生成0.15mol氮氣，標準狀況下體積為0.15mol×22.4L·mol－1＝3.36L。(4)活化能是指一個反應要想進行所需要的最低能量，則沒有水加入的反應的活化能為E＝0.75eV；有水加入的反應的活化能為E＝0.57eV，所以水可使氧分子活化反應的活化能降低。9．(1)①m1＞m2＞m3②溫度較高時，溫度變化對平衡移動的影響大于濃度變化對平衡移動的影響(2)①－621.9kJ/mol②一(3)①160②eq\f(256,p)③BC(4)2NO＋4e－=N2＋2O2－解析：(1)①m＝eq\f(n（NO）,n（CO）)，增大NO的量，平衡正向移動，可增大CO的轉化率，則投料比m1、m2、m3從大到小的順序為m1＞m2＞m3；②隨著溫度的升高，不同投料比下CO平衡轉化率趨于相近的原因是溫度較高時，溫度變化對平衡移動的影響大于濃度變化對平衡移動的影響；(2)①整個反應分為三個基元反應階段，①NO(g)＋NO(g)=ΔH＝＋199.2kJ/mol；②＋CO(g)=CO2(g)＋N2O(g)ΔH＝－513.5kJ/mol；③CO2(g)＋N2O(g)＋CO(g)=2CO2(g)＋N2(g)ΔH＝－307.6kJ/mol；由蓋斯定律可知，由①＋②＋③可得2CO(g)＋2NO(g)=2CO2(g)＋N2(g)ΔH＝＋199.2kJ/mol＋(－513.5kJ/mol)＋(－307.6kJ/mol)＝－621.9kJ/mol；②由于反應①所需活化能最高，則總反應速率由第一階段反應決定；(3)①由圖可知，平衡時，CO的物質的量濃度為1mol/L，CO2的物質的量濃度為4mol/L，可列出三段式：eq\a