Question

19．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(hào)）bc．
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)是原來的$\frac{15}{16}$，則N₂的轉(zhuǎn)化率a₁=12.5%；
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4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O．
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)）ad．

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向容積相同、溫度分別為T₁和T₂的兩個(gè)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(shí)間后，分別測(cè)定體系中NO₂的百分含量分別為a₁，a₂．已知T1＜T2，則a₁Da₂
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(shí)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4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1100kJ/mol．
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(shí)轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.1mol，則反應(yīng)的離子方程式是2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂ ．

Answer 1

分析 （1）①提高H₂的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)改變條件使平衡正向移動(dòng)，但不能只增大氫氣濃度；
②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)是原來的$\frac{15}{16}$，則平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量為（1+3）mol×$\frac{15}{16}$=3.75mol，利用差量法計(jì)算參加反應(yīng)氮?dú)馕镔|(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率；
隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體物質(zhì)的量減小，恒溫恒容下平衡時(shí)壓強(qiáng)減小，若容器壓強(qiáng)恒定，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，等效為在上述平衡基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)；
（2）①NH₃被氧氣催化氧化生成NO與水；
②a．隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總物質(zhì)的量減小，恒溫恒容下壓強(qiáng)減小，容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)保持不變，說明反應(yīng)到達(dá)平衡；
b．在t₂時(shí)瞬間，正、逆速率都增大，且正反應(yīng)速率增大更多，平衡正向移動(dòng)；
c．混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積不變，混合氣體密度為定值；
d．t₂時(shí)增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，NO₂的體積分?jǐn)?shù)增大，在t₅時(shí)移走NO₂使平衡正向移動(dòng)，NO₂的體積分?jǐn)?shù)減小；
③隨反應(yīng)進(jìn)行壓強(qiáng)減小，壓強(qiáng)減小使反應(yīng)速率減慢，而溫度高使反應(yīng)速率加快，由壓強(qiáng)、溫度均不相同，不能確定反應(yīng)速率快慢；
（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
根據(jù)蓋斯定律，I×2-Ⅱ可得：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）；
②用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂，反應(yīng)中有電子轉(zhuǎn)移，N元素發(fā)生歧化反應(yīng)，反應(yīng)有NO₃^-生成，生成NO₃^-為$\frac{0.1mol}{1}$=0.1mol，9.2gNO₂為0.2mol，發(fā)生還原的NO₂為（0.2-0.1）mol=0.1mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒N元素被還原為+3價(jià)，則生成NO₂^-．

解答 解：（1）①a．選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎�，可以加快反�?yīng)速率，不影響平衡移動(dòng)，氫氣轉(zhuǎn)化率不變，故a錯(cuò)誤；
b．增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故b正確；
c．及時(shí)分離生成的NH₃，平衡正向元素，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故c正確；
d．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，氫氣轉(zhuǎn)化率減小，故d錯(cuò)誤，
故選：bc；
②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)是原來的$\frac{15}{16}$，則平衡時(shí)混合氣體總物質(zhì)的量為（1+3）mol×$\frac{15}{16}$=3.75mol，則：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）  物質(zhì)的量減小△n
1                                 2
n（N₂）                             4mol-3.75mol=0.25mol
n（N₂）=$\frac{0.25mol}{2}$=0.125mol，故氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率為$\frac{0.125mol}{1mol}$×1005=12.5%，
隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體物質(zhì)的量減小，恒溫恒容下平衡時(shí)壓強(qiáng)減小，若容器壓強(qiáng)恒定，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，等效為在上述平衡基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，氮?dú)廪D(zhuǎn)化率增大，故氮?dú)廪D(zhuǎn)化率a₂＞a₁，
故答案為：12.5%；＞；
（2）①NH₃被氧氣催化氧化生成NO與水，反應(yīng)方程式為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，
故答案為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O；
②a．隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總物質(zhì)的量減小，恒溫恒容下壓強(qiáng)減小，容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)保持不變，說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故a正確；
b．在t₂時(shí)瞬間，正、逆速率都增大，且正反應(yīng)速率增大更多，平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，不能是升高溫度，應(yīng)是增大壓強(qiáng)，故b錯(cuò)誤；
c．混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積不變，混合氣體密度為定值，故c錯(cuò)誤；
d．t₂時(shí)增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，NO₂的體積分?jǐn)?shù)增大，在t₅時(shí)移走NO₂使平衡正向移動(dòng)，NO₂的體積分?jǐn)?shù)減小，故器內(nèi)NO₂的體積分?jǐn)?shù)在t₃時(shí)值的最大，故d正確，
故選：ad；
③隨反應(yīng)進(jìn)行壓強(qiáng)減小，壓強(qiáng)減小使反應(yīng)速率減慢，而溫度高使反應(yīng)速率加快，由壓強(qiáng)、溫度均不相同，不能確定反應(yīng)速率快慢，則相同時(shí)間內(nèi)，不能確定體系中NO₂的百分含量相對(duì)大小，
故選：D；
（3）①已知：Ⅰ．2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.5kJ/mol
Ⅱ．N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+133kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，I×2-Ⅱ可得：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1100kJ/mol，
故答案為：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1100kJ/mol；
②用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂，反應(yīng)中有電子轉(zhuǎn)移，N元素發(fā)生歧化反應(yīng)，反應(yīng)有NO₃^-生成，生成NO₃^-為$\frac{0.1mol}{1}$=0.1mol，9.2gNO₂為0.2mol，發(fā)生還原的NO₂為（0.2-0.1）mol=0.1mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒N元素被還原為+3價(jià)，則生成NO₂^-，則反應(yīng)離子方程式為：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)平衡計(jì)算與影響因素、化學(xué)平衡圖象、蓋斯定律應(yīng)用、氧化還原反應(yīng)等，題目比較綜合，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力，難度中等．