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：
Ⅰ以N₂和H₂為原料合成氨氣．反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）+Q
（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1mol N₂和3mol H₂發(fā)生反應(yīng)．若容器容積恒定，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，氣體的總物質(zhì)的量是原來的

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16

，則N₂的轉(zhuǎn)化率α₁=

 

；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α₂，則α₂

 

α₁（填“＞”、“＜”或“=”）．
Ⅱ以氨氣、空氣為主要原料制硝酸．
（3）氨氣催化氧化的催化劑是

 

；氨氣也可以在純氧中燃燒生成無毒、無污染的產(chǎn)物，其燃燒方程式為

 

．
（4）在容積恒定的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）-Q，該反應(yīng)的反應(yīng)速率（υ）隨時(shí)間（t）變化的關(guān)系如圖所示．若t₂、t₄時(shí)刻只改變一個(gè)條件，下列說法正確的是（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)，采取的措施可以是升高溫度
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t₅時(shí)，容器內(nèi)NO₂的體積分?jǐn)?shù)是整個(gè)過程中的最大值
Ⅲ硝酸廠常用如下2種方法處理尾氣．
（5）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）+483.6kJ；N₂（g）+2O₂（g）→2NO₂（g）+67.7kJ，則H₂還原NO₂生成水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是

 

．
（6）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(shí)轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.1mol，則反應(yīng)的離子方程式是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）轉(zhuǎn)化率是消耗量占起始量的百分比；
a、催化劑改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡；
b、增大壓強(qiáng)平衡向氣體體積縮小的方向進(jìn)行；
c、分離出氨氣平衡正向進(jìn)行；
d、反應(yīng)是放熱反應(yīng)升溫平衡逆向進(jìn)行；
（2）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；
（3）氨氣在鉑銠合金催化作用下催化氧化生成一氧化氮和水，氨氣也可以在純氧中燃燒生成無毒、無污染的產(chǎn)物，分析判斷為氮?dú)夂退�，依�?jù)原子守恒配平寫出；
（4）2NO（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；
（5）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到；
（6）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(jià)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(jià)，判斷還原產(chǎn)物，據(jù)此書寫．

解答： 解：（1）a．選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎�，加快反�?yīng)速率，不影響平衡移動(dòng)，H₂的轉(zhuǎn)化率不變，故a錯(cuò)誤；
b．增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，H₂的轉(zhuǎn)化率增大，故b正確；
c．及時(shí)分離生成的NH₃，生成物濃度降低，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，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(dòng)，H₂的轉(zhuǎn)化率降低，故d錯(cuò)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(shí)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)是原來的

15

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，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

故n（N₂）=

1

8

mol，所以氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率=

1 8

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%；＞；
（3）氨氣在鉑銠合金催化作用下催化氧化生成一氧化氮和水，氨氣也可以在純氧中燃燒生成無毒、無污染的產(chǎn)物，依據(jù)原子守恒書寫弱酸化學(xué)方程式，氨氣的催化氧化反應(yīng)方程式為：4NH₃+5O₂

催化劑 .

△

4NO+6H₂O，氨氣弱酸的化學(xué)方程式為：2NH₃+3O₂

△   .

N₂+3H₂O；
故答案為：鉑銠合金，2NH₃+3O₂

△   .

N₂+3H₂O，；
（4）a．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(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正確；
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(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錯(cuò)誤；
故選ab；
（5）已知：Ⅰ、2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
Ⅱ、N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ/mol
由蓋斯定律可知，Ⅰ×2-Ⅱ得4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g），
故△H=2×（-483.6kJ/mol）-67.7kJ/mol=-1034.9kJ/mol，
故熱化學(xué)方程式為：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1034.9kJ/mol，
故答案為：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1034.9kJ/mol；
（6）9.2gNO₂的物質(zhì)的量=

9.2g

46g/mol

mol=0.2mol，反應(yīng)中只有NO₂中N元素化合價(jià)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(jià)為x價(jià)，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(shí)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(píng)：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(shí)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．