Question

2007年諾貝爾化學獎授予德國科學家格哈德?埃特爾，以表彰他在表面化學研究領(lǐng)域作出的開拓性貢獻．
（1）某�；瘜W研究性學習小組的同學在技術(shù)人員的指導下，按下列流程探究不同催化劑對NH₃還原NO反應的催化性能．
NO、NH₃混合氣體→催化反應器→檢測→尾氣處理
若控制其他實驗條件均相同，在催化反應器中裝載不同的催化劑，將經(jīng)催化反應后的混合氣體通過滴有酚酞的稀硫酸溶液（溶液的體積、濃度均相同）．為比較不同催化劑的催化性能，需要測量并記錄的數(shù)據(jù)是

 

．
（2）在汽車的排氣管上安裝“催化轉(zhuǎn)化器”（用鉑、鈀合金作催化劑），它的作用是使CO、NO反應生成可參與大氣生態(tài)環(huán)境循環(huán)的無毒氣體，并促使烴類充分燃燒．
①寫出CO與NO反應的化學方程式：

 

，該反應作氧化劑的物質(zhì)是

 

．
②用CH₄催化還原NO_x也可以消除氮氧化物的污染．例如：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H₂
若1mol CH₄還原NO₂至N₂，整個過程中放出的熱量為867kJ，則△H₂=

 

．
（3）①有人認為：該研究可以使氨的合成反應，在鐵催化劑表面進行時的效率大大提高，從而使原料的轉(zhuǎn)化率大大提高．請你應用化學基本理論對此觀點進行評價：

 

．
②合成氨工業(yè)生產(chǎn)中所用的α-Fe催化劑的主要成分是FeO、Fe₂O₃，當催化劑中Fe²⁺與Fe³⁺的物質(zhì)的量之比為1：2時，其催化活性最高，以Fe₂O₃為原料制備上述催化劑，可向其中加入適量炭粉，發(fā)生如下反應：2Fe₂O₃十C

△   .

4FeO十CO₂↑．為制得這種活性最高的催化劑，應向480g Fe₂O₃粉末中加入炭粉的質(zhì)量為

 

g．

Answer 1

考點：探究濃度、催化劑對化學平衡的影響,化學方程式的有關(guān)計算,有關(guān)反應熱的計算,探究化學反應機理

專題：計算題,基本概念與基本理論

分析：（1）催化劑不同催化效果不同，可將經(jīng)催化反應后的混合氣體通過滴有酚酞的稀硫酸溶液（溶液的體積、濃度均相同），測量并記錄的溶液顯色的時間；
（2）①CO、NO和氧氣反應生成了CO₂和N₂，據(jù)此寫出反應的化學方程式，然后判斷氧化劑；
②寫出CH₄還原NO₂至N₂的熱化學方程式，然后結(jié)合CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H₁=-574kJ?mol^-1反應，求算出△H₂；
（3）①催化劑只能加快反應速度，不能改變化學平衡；
②先根據(jù)題干信息計算出參加被還原成氧化亞鐵的氧化鐵的質(zhì)量，再根據(jù)反應方程式2Fe₂O₃十C

△   .

4FeO十CO₂↑計算出需要加入碳粉的質(zhì)量．

解答： 解：I（1）溶液顯色的時間不同，說明催化劑的催化效果不同，需要測量并記錄溶液顯色所需要的時間，
故答案為：溶液顯色所需要的時間；
（2）①根據(jù)圖示，CO、NO和氧氣反應生成了CO₂和N₂，反應的化學方程式為：2NO+O₂+4CO4CO₂+N₂，該反應中一氧化氮被還原生成氮氣，NO為氧化劑，
故答案為：2CO+2NO

催化劑  .

N₂+2CO₂；NO；
②1molCH₄還原NO₂至N₂，熱化學方程式是：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H₃=-867kJ?mol^-1；結(jié)合熱化學方程式CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H₁=-574kJ?mol^-1，可以得出：CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H₂=-1160 kJ?mol^-1；
故答案為：-1160 kJ?mol^-1；
（3）①該研究只能提高化學反應速率，不能使化學平衡發(fā)生移動，
故答案為：該研究只能提高化學反應速率，不能使化學平衡發(fā)生移動；
 ②合成氨工業(yè)生產(chǎn)中所用的α-Fe催化劑的主要成分是FeO、Fe₂O₃，當催化劑中Fe²⁺與Fe³⁺的物質(zhì)的量之比為1：2時，F(xiàn)eO與Fe₂O₃的物質(zhì)的量之比為1：1，即氧化鐵中與碳粉反應生成氧化亞鐵的鐵元素為氧化鐵中鐵元素的

1

3

，480g氧化鐵中被還原生成氧化亞鐵的質(zhì)量為：480g×

1

3

=160g，
根據(jù)反應2Fe₂O₃十C

△   .

4FeO十CO₂↑可知，
        320    12
        160g   m
需要加入的碳粉的質(zhì)量為：320m=160×12，
解得：m=6g，
即：為制得這種活性最高的催化劑，應向480g Fe₂O₃粉末中加入炭粉的質(zhì)量為6g，
故答案為：6．

點評：本題考查了催化劑對化學平衡的影響、化學反應速率的影響及化學實驗方案的評價，題目難度中等，注意明確催化劑對化學反應速率、化學平衡的影響，正確解讀題目給出的信息是解決信息性題目的關(guān)鍵，要善于從信息中捕捉最有效的信息用來處理問題．