Question

工業(yè)上以氨氣為原料（鉑銠合金網(wǎng)為催化劑）催化氧化法制硝酸的過(guò)程如下：
（1）已知反應(yīng)一經(jīng)發(fā)生，鉑銠合金網(wǎng)就會(huì)處于紅熱狀態(tài)．寫(xiě)出氨催化氧化的化學(xué)方程式：______．當(dāng)溫度升高時(shí)，化學(xué)平衡常數(shù)K值______（填“增大”、“減小”或“不變”）
（2）硝酸廠尾氣常用的處理方法是催化還原法：催化劑存在時(shí)用H₂將NO₂還原為N₂．
已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=a kJ?mol^-1
N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=b kJ?mol^-1
H₂O（l）=H₂O（g）△H=c kJ?mol^-1
則反應(yīng)2NO₂（g）+4H₂（g）=N₂（g）+4H₂O（l）的△H=______．（用a、b、c表示）
（3）①氨氣是制取硝酸的重要原料，合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式為N₂+3H₂2NH₃，該反應(yīng)在固定容積的密閉容器中進(jìn)行．下列各項(xiàng)標(biāo)志著該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是______（填序號(hào)）
A．容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2
B．3v_正（N₂）=v_逆（H₂）
C．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
D．混合氣體的密度保持不變
E．1mol N≡N鍵斷裂，同時(shí)1mol H-H鍵斷裂
②若在恒溫條件下，將N₂與H₂按一定比例混合通入一個(gè)容積為2L的固定容積的密閉容器中，5min后反應(yīng)達(dá)平衡，n（N₂）=1mol，n（H₂）=1mol，n（NH₃）=2mol，則反應(yīng)速率v（N₂）=______，平衡常數(shù)K=______．若保持容器的溫度和容積不變，將上述平衡體系中的混合氣體的濃度增大1倍，則平衡______（填“向左”、“向右”或“下”）移動(dòng)．平衡常數(shù)K______（填“變大”“變小”“不變”）

Answer 1

解：（1）氨催化氧化的產(chǎn)物是一氧化氮和水，是工業(yè)生產(chǎn)硝酸獲得一氧化氮的反應(yīng)，化學(xué)方程式為4NH₃+5O₂4NO+6H₂O．平衡常數(shù)K=，已知反應(yīng)一經(jīng)發(fā)生，鉑銠合金網(wǎng)就會(huì)處于紅熱狀態(tài)．可知反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨著溫度的升高，K減小，故答案為：4NH₃+5O₂4NO+6H₂O，減小；
（2）已知：
①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=a kJ?mol^-1
②N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=b kJ?mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=c kJ?mol^-1
則反應(yīng)2NO₂（g）+4H₂（g）=N₂（g）+4H₂O（l）的△H，由蓋斯定律可知，①×2-②-4×③得△H=（2a-b-4c）kJ/mol，故答案為：（2a-b-4c）kJ/mol；
（3）①A．反應(yīng)平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度是否相等，取決于起始時(shí)各物質(zhì)的量的關(guān)系和轉(zhuǎn)化的程度，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，3v_正（N₂）=v_逆（H₂），v_正（N₂）表示消耗N₂的速率，v_逆（H₂）表示生成H₂的速率，且v_正（N₂）：v_逆（H₂）=1：3，充分說(shuō)明向兩個(gè)相反方向進(jìn)行的程度相當(dāng)，故B正確；
C．該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積有變化的反應(yīng)，所以達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，該容器中的壓強(qiáng)不再變化時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．根據(jù)質(zhì)量守恒，反應(yīng)前后混合氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，不能證明該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；
E．無(wú)論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，只要斷裂1mol N≡N鍵斷裂同時(shí)，就斷裂3molH-H鍵，故E錯(cuò)誤；故選B、C；
②5分鐘后反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，n（N₂）=1mol，n（H₂）=1mol，n （NH₃）=1mol，
設(shè)參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為x，則參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為3x，則
N₂ +3H₂ ?2NH₃
1 3 2
x 3x 2mol
x=1mol，反應(yīng)速率V（N₂）═=0.1mol/（L?min），平衡時(shí)的濃度分別為c（N₂）=0.5mol/L、c（H₂）=0.5mol/L，c （NH₃）=1mol/L，則平衡常數(shù)K==16；上述平衡體系中的混合氣體的濃度增大1倍，相當(dāng)于縮小體積，則壓強(qiáng)增大，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，即向右移動(dòng)；化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與物質(zhì)的濃度無(wú)關(guān)；故答案為：0.1mol/（L?min），16，向右，不變；
分析：（1）在一定條件下氨氣與氧氣反應(yīng)生成一氧化氮和水；平衡常數(shù)，對(duì)于吸熱反應(yīng)，隨著溫度的升高，K增大，對(duì)于放熱反應(yīng)，隨著溫度的升高，K減�。�
（2）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)熱也處于相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的加減，求解；（3）
①根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征分析，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、質(zhì)量、體積分?jǐn)?shù)以及百分含量不變；
②平衡常數(shù)的大小與只與溫度有關(guān)，與濃度、壓強(qiáng)、催化劑無(wú)關(guān)；
點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、有關(guān)化學(xué)平衡的計(jì)算、蓋斯定律的運(yùn)用等，綜合性強(qiáng)，解題時(shí)須注意判斷平衡狀態(tài)的標(biāo)志和角度，計(jì)算時(shí)須注意方程式中氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)關(guān)系．