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(guò)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(hào)）

 

．
a．選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎?nbsp;  b．增大壓強(qiáng)  c．及時(shí)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(shí)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)是原來(lái)的

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，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(shí)，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(shí)間（t）變化的關(guān)系如圖1所示．若t₂、t₄時(shí)刻只改變一個(gè)條件，下列說(shuō)法正確的是（填選項(xiàng)序號(hào)）

 

．

a．在t₁～t₂時(shí)，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(shí)，采取的措施一定是升高溫度
c．在t₃～t₄時(shí)，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(shí)，容器內(nèi)NO₂的體積分?jǐn)?shù)在t₃時(shí)值的最大
（3）硝酸廠常用如下方法處理尾氣．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=-483.5kJ/molN₂（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

 

．
（4）通過(guò)NO_x傳感器可監(jiān)測(cè)NO_x的含量，其工作原理示意圖如圖2：
①Pt電極上發(fā)生的是

 

反應(yīng)（填“氧化”或“還原”）．
②寫出NiO電極的電極反應(yīng)式

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①提高H₂轉(zhuǎn)化率可以采取的措施，平衡正向進(jìn)行，結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析判斷；
②反應(yīng)的方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算得到；恒壓容器中壓強(qiáng)大于恒容容器中，平衡正向進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率增大；
（2）①氨氣的催化氧化生成一氧化氮和水，依據(jù)原子守恒配平寫出；
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g））△H＞0．反應(yīng)是氣體體積減小的吸熱反應(yīng)；
a、壓強(qiáng)不變說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡；
b、反應(yīng)是吸熱反應(yīng)升溫正逆反應(yīng)速率增大，平衡正向進(jìn)行；
c、反應(yīng)中氣體質(zhì)量守恒，體積不變，過(guò)程中密度不變；
d、依據(jù)圖象分析器內(nèi)NO₂的體積分?jǐn)?shù)在t₃～t₄時(shí)最大；
（3）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到；
（4）①原電池中正極得電子的物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)；
②NiO電極上NO失電子和氧離子反應(yīng)生成二氧化氮．

解答： 解：（1）①反應(yīng)為N₂+3H₂?2NH₃ △H＜0，提高H₂轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則
a．使用催化劑，平衡不移動(dòng)，H₂轉(zhuǎn)化率不變，故a錯(cuò)誤；
b．增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減少的方向移動(dòng)，即正向移動(dòng)，H₂轉(zhuǎn)化率提高，故b正確；
c．及時(shí)分離出NH₃，平衡正向移動(dòng)，H₂轉(zhuǎn)化率提高，故c正確；
d．升高溫度，平衡向吸熱的方向移動(dòng)，即逆反應(yīng)方向移動(dòng)，H₂轉(zhuǎn)化率降低，故d錯(cuò)誤；
故選：bc；
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開(kāi)始（mol） 1       3         0
轉(zhuǎn)化（mol） x       3x         2x
平衡（mol）1-x     3-3x         2x

1-x+3-3x+2x

1+3

=

15

16

，
x=0.125，
N₂的轉(zhuǎn)化率a₁=

0.125

1

×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(shuō)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(dòng)，在t₂時(shí)，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(dòng)，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，轉(zhuǎn)化率增大，故b錯(cuò)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(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d．由圖可知，在t₂時(shí)，改變條件平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，t₃時(shí)到達(dá)平衡，t₄時(shí)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(shí)值的最大，故d正確；
故選ad；
（3）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；
（4）①裝置無(wú)外接電源，故為原電池，鉑電極上氧氣得電子生成氧離子而被還原，發(fā)生還原反應(yīng)，故答案為：還原；
②NiO電極上NO失電子和氧離子反應(yīng)生成二氧化氮，所以電極反應(yīng)式為：NO+O^2--2e^-=NO₂，故答案為：NO+O^2--2e^-=NO₂．

點(diǎn)評(píng)：本題考察范圍廣，難度大，主要考查了平衡移動(dòng)、平衡計(jì)算、蓋斯定律、電化學(xué)相關(guān)知識(shí)．