Question

硝酸是一種重要的化工原料，工業(yè)上生產(chǎn)硝酸的主要過程如下：

（1）以N₂和H₂為原料合成氨氣．反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0
①下列措施可以提高H₂的轉(zhuǎn)化率是（填選項(xiàng)序號）

 

．
a．選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎?nbsp;  b．增大壓強(qiáng)  c．及時分離生成的NH₃   d．升高溫度
②一定溫度下，在密閉容器中充入1molN₂和3molH₂發(fā)生反應(yīng)．若容器容積恒定，達(dá)到平衡狀態(tài)時，容器內(nèi)的壓強(qiáng)是原來的

15

16

，則N₂的轉(zhuǎn)化率a₁=

 

；
若容器壓強(qiáng)恒定，達(dá)到平衡狀態(tài)時，N₂的轉(zhuǎn)化率為a₂，則a₂

 

a₁（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）以氨氣、空氣為主要原料制硝酸．
①NH₃被氧氣催化氧化生成NO的反應(yīng)的化學(xué)方程式是

 

．
②在容積恒定的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H＞0
該反應(yīng)的反應(yīng)速率（v）隨時間（t）變化的關(guān)系如圖所示．若t₂、t₄時刻只改變一個條件，下列說法正確的是（填選項(xiàng)序號）

 

．
a．在t₁～t₂時，可依據(jù)容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)保持不變判斷反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)
b．在t₂時，采取的措施一定是升高溫度
c．在t₃～t₄時，可依據(jù)容器內(nèi)氣體的密度保持不變判斷反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)
d．在t₀～t₅時，容器內(nèi)NO₂的體積分?jǐn)?shù)在t₃時值的最大
③向容積相同、溫度分別為T₁和T₂的兩個密閉容器中分別充入等量NO₂發(fā)生反應(yīng)：
2NO₂ （g）?N₂O₄（g）△H＜0．恒溫恒容下反應(yīng)相同時間后，分別測定體系中NO₂的百分含量分別為a₁，a₂．已知T1＜T2，則a₁

 

a₂
A．大于      B．小于     C．等于      D．以上都有可能
（3）硝酸廠常用如下2種方法處理尾氣．
①催化還原法：催化劑存在時用H₂將NO₂還原為N₂．
已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.5kJ/mol
N2（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+133kJ/mol
則H₂還原NO₂生成水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是

 

．
②堿液吸收法：用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂．
若每9.2gNO₂和Na₂CO₃溶液反應(yīng)時轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.1mol，則反應(yīng)的離子方程式是

 

．

Answer 1

分析：（1）①提高H₂的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)移動，據(jù)此結(jié)合外界條件對平衡想影響分析解答；
②利用壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比計(jì)算平衡時反應(yīng)混合物的總的物質(zhì)的量，再利用差量法計(jì)算參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量，利用定義計(jì)算N₂的轉(zhuǎn)化率；
正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，容器壓強(qiáng)恒定，相當(dāng)于在恒容的條件下增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率增大；
（2）①氨氣被氧氣催化氧化生成一氧化氮與水，配平書寫方程式；
②a．該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，恒溫恒容下條件下，壓強(qiáng)不變，說明到達(dá)平衡；
b．正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動；
c．恒容條件下，反應(yīng)混合氣體的總質(zhì)量不變，密度始終不變；
d．由圖可知，在t₂時，改變條件平衡向正反應(yīng)移動，t₃時到達(dá)平衡，t₄時瞬間正反應(yīng)速率不變，逆反應(yīng)速率減小，平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，應(yīng)是NO₂降低的濃度；
③升高溫度平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，平衡時二氧化氮的含量增大，溫度越高反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時間越短，據(jù)此作出二氧化氮含量與時間關(guān)系草圖，據(jù)此判斷．
（3）①根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)并進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算；
②根據(jù)n=

m

M

計(jì)算NO₂的物質(zhì)的量，反應(yīng)中只有NO₂中N元素化合價發(fā)生變化，發(fā)生歧化反應(yīng)，有生成NO₃^-，根據(jù)注意電子數(shù)計(jì)算生成NO₃^-的物質(zhì)的量，再根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算N元素在還原產(chǎn)物中的化合價，判斷還原產(chǎn)物，據(jù)此書寫．

解答：解：（1）①、a．選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎�，加快反�?yīng)速率，不影響平衡移動，H₂的轉(zhuǎn)化率不變，故a錯誤；
b．增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動，H₂的轉(zhuǎn)化率增大，故b正確；
c．及時分離生成的NH₃，生成物濃度降低，平衡向正反應(yīng)移動，H₂的轉(zhuǎn)化率增大，故c正確；
d．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動，H₂的轉(zhuǎn)化率降低，故d錯誤；
故答案為：bc；
②壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，達(dá)到平衡狀態(tài)時，容器內(nèi)的壓強(qiáng)是原來的

15

16

，則減少的物質(zhì)的量為（1+3）mol×(1-

15

16

)=

1

4

mol，則：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）  物質(zhì)的量減少△n
1                               2
n（N₂）                           

1

4

mol
故n（N₂）=

1× 1 4 mol

2

=

1

8

mol，所以氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率=

1 8 mol

1mol

×100%=12.5%，
正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，容器壓強(qiáng)恒定，相當(dāng)于在恒容的條件下增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率增大，所以a₂＞a₁，
故答案為：12.5%；＞；
（2）①氨氣的催化氧化反應(yīng)方程式為：4NH₃+5O₂

催化劑

△

4NO+6H₂O，故答案為：4NH₃+5O₂

催化劑

△

4NO+6H₂O；
 ②a．該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，恒溫恒容下條件下，壓強(qiáng)不變，說明到達(dá)平衡，故a正確；
b．正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，在t₂時，正、逆速率都增大，且正反應(yīng)速率增大更多，平衡向正反應(yīng)移動，該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，故t₂時為增大壓強(qiáng)，故b錯誤；
c．恒容條件下，反應(yīng)混合氣體的總質(zhì)量不變，密度始終不變，所以不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d．由圖可知，在t₂時，改變條件平衡向正反應(yīng)移動，t₃時到達(dá)平衡，t₄時瞬間正反應(yīng)速率不變，逆反應(yīng)速率減小，平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，應(yīng)是NO₂降低的濃度，故容器內(nèi)NO₂的體積分?jǐn)?shù)在t₃時值的最大，故d正確；
故選ad；
 ③升高溫度平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，平衡時二氧化氮的含量增大，溫度越高反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時間越短，據(jù)此作出二氧化氮含量與時間關(guān)系草圖為，由圖可知，t₁時刻a₁=a₂，t₁時刻之前a₁＞a₂，t₁時刻之后a₁＜a₂，故答案為：D；
（3）①已知：Ⅰ、2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.5kJ/mol
Ⅱ、N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+133kJ/mol
由蓋斯定律可知，Ⅰ×2-Ⅱ得4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g），
故△H=2×（-483.5kJ/mol）-133kJ/mol=-1100kJ/mol，
故熱化學(xué)方程式為：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1100kJ/mol，
故答案為：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1100kJ/mol；
②9.2gNO₂的物質(zhì)的量=

9.2

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mol=0.2mol，反應(yīng)中只有NO₂中N元素化合價發(fā)生變化，發(fā)生歧化反應(yīng)，有生成NO₃^-，
0.2mol二氧化氮轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是0.1mol，故生成的NO₃^-的物質(zhì)的量為

0.1mol

(5-4)

=0.1mol，故被還原的氮原子物質(zhì)的量為0.2mol-0.1mol=0.1mol，令N元素在還原產(chǎn)物中的化合價為x價，則0.1mol×（4-x）=0.1mol，解得x=+3，故還原產(chǎn)物為NO₂^-，且生成的NO₃^-和NO₂^-物質(zhì)的量之比為1：1，同時反應(yīng)生成CO₂，故二氧化氮和碳酸鈉溶液反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂，故答案為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂．

點(diǎn)評：本題考查化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算、化學(xué)平衡的影響因素與平衡圖象、熱化學(xué)方程式書寫、氧化還原反應(yīng)等，題目綜合性較大，難度較大，注意（2）中③利用含量-時間草圖進(jìn)行理解，討論是否到達(dá)平衡，根據(jù)各情況判斷．