Question

硝酸是一种重要的化工原料，工业上生产硝酸的主要过程如下：

（1）以N₂和H₂为原料合成氨气．反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0
①下列措施可以提高H₂的转化率是（填选项序号）

 

．
a．选择适当的催化剂   b．增大压强  c．及时分离生成的NH₃   d．升高温度
②一定温度下，在密闭容器中充入1molN₂和3molH₂发生反应．若容器容积恒定，达到平衡状态时，容器内的压强是原来的

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，则N₂的转化率a₁=

 

；
若容器压强恒定，达到平衡状态时，N₂的转化率为a₂，则a₂

 

a₁（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）以氨气、空气为主要原料制硝酸．
①NH₃被氧气催化氧化生成NO的反应的化学方程式是

 

．
②在容积恒定的密闭容器中进行反应2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H＞0
该反应的反应速率（v）随时间（t）变化的关系如图所示．若t₂、t₄时刻只改变一个条件，下列说法正确的是（填选项序号）

 

．
a．在t₁～t₂时，可依据容器内气体的压强保持不变判断反应已达到平衡状态
b．在t₂时，采取的措施一定是升高温度
c．在t₃～t₄时，可依据容器内气体的密度保持不变判断反应已达到平衡状态
d．在t₀～t₅时，容器内NO₂的体积分数在t₃时值的最大
③向容积相同、温度分别为T₁和T₂的两个密闭容器中分别充入等量NO₂发生反应：
2NO₂ （g）?N₂O₄（g）△H＜0．恒温恒容下反应相同时间后，分别测定体系中NO₂的百分含量分别为a₁，a₂．已知T1＜T2，则a₁

 

a₂
A．大于      B．小于     C．等于      D．以上都有可能
（3）硝酸厂常用如下2种方法处理尾气．
①催化还原法：催化剂存在时用H₂将NO₂还原为N₂．
已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.5kJ/mol
N2（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+133kJ/mol
则H₂还原NO₂生成水蒸气反应的热化学方程式是

 

．
②碱液吸收法：用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂．
若每9.2gNO₂和Na₂CO₃溶液反应时转移电子数为0.1mol，则反应的离子方程式是

 

．

Answer 1

分析：（1）①提高H₂的转化率，应使平衡向正反应移动，据此结合外界条件对平衡想影响分析解答；
②利用压强之比等于物质的量之比计算平衡时反应混合物的总的物质的量，再利用差量法计算参加反应的氮气的物质的量，利用定义计算N₂的转化率；
正反应是气体体积减小的反应，容器压强恒定，相当于在恒容的条件下增大压强，平衡向正反应进行，氮气的转化率增大；
（2）①氨气被氧气催化氧化生成一氧化氮与水，配平书写方程式；
②a．该反应正反应是气体物质的量减小的反应，恒温恒容下条件下，压强不变，说明到达平衡；
b．正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动；
c．恒容条件下，反应混合气体的总质量不变，密度始终不变；
d．由图可知，在t₂时，改变条件平衡向正反应移动，t₃时到达平衡，t₄时瞬间正反应速率不变，逆反应速率减小，平衡向正反应进行，应是NO₂降低的浓度；
③升高温度平衡向逆反应进行，平衡时二氧化氮的含量增大，温度越高反应速率越快，到达平衡的时间越短，据此作出二氧化氮含量与时间关系草图，据此判断．
（3）①根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减，反应热也乘以相应的系数并进行相应的运算；
②根据n=

m

M

计算NO₂的物质的量，反应中只有NO₂中N元素化合价发生变化，发生歧化反应，有生成NO₃^-，根据注意电子数计算生成NO₃^-的物质的量，再根据电子转移守恒计算N元素在还原产物中的化合价，判断还原产物，据此书写．

解答：解：（1）①、a．选择适当的催化剂，加快反应速率，不影响平衡移动，H₂的转化率不变，故a错误；
b．增大压强，平衡向正反应移动，H₂的转化率增大，故b正确；
c．及时分离生成的NH₃，生成物浓度降低，平衡向正反应移动，H₂的转化率增大，故c正确；
d．升高温度，平衡向逆反应移动，H₂的转化率降低，故d错误；
故答案为：bc；
②压强之比等于物质的量之比，达到平衡状态时，容器内的压强是原来的

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，则减少的物质的量为（1+3）mol×(1-

15

16

)=

1

4

mol，则：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）  物质的量减少△n
1                               2
n（N₂）                           

1

4

mol
故n（N₂）=

1× 1 4 mol

2

=

1

8

mol，所以氮气的转化率=

1 8 mol

1mol

×100%=12.5%，
正反应是气体体积减小的反应，容器压强恒定，相当于在恒容的条件下增大压强，平衡向正反应进行，氮气的转化率增大，所以a₂＞a₁，
故答案为：12.5%；＞；
（2）①氨气的催化氧化反应方程式为：4NH₃+5O₂

催化剂

△

4NO+6H₂O，故答案为：4NH₃+5O₂

催化剂

△

4NO+6H₂O；
 ②a．该反应正反应是气体物质的量减小的反应，恒温恒容下条件下，压强不变，说明到达平衡，故a正确；
b．正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，在t₂时，正、逆速率都增大，且正反应速率增大更多，平衡向正反应移动，该反应正反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡向正反应进行，故t₂时为增大压强，故b错误；
c．恒容条件下，反应混合气体的总质量不变，密度始终不变，所以不能说明反应达到平衡状态，故c错误；
d．由图可知，在t₂时，改变条件平衡向正反应移动，t₃时到达平衡，t₄时瞬间正反应速率不变，逆反应速率减小，平衡向正反应进行，应是NO₂降低的浓度，故容器内NO₂的体积分数在t₃时值的最大，故d正确；
故选ad；
 ③升高温度平衡向逆反应进行，平衡时二氧化氮的含量增大，温度越高反应速率越快，到达平衡的时间越短，据此作出二氧化氮含量与时间关系草图为，由图可知，t₁时刻a₁=a₂，t₁时刻之前a₁＞a₂，t₁时刻之后a₁＜a₂，故答案为：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
由盖斯定律可知，Ⅰ×2-Ⅱ得4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g），
故△H=2×（-483.5kJ/mol）-133kJ/mol=-1100kJ/mol，
故热化学方程式为：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1100kJ/mol，
故答案为：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1100kJ/mol；
②9.2gNO₂的物质的量=

9.2

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mol=0.2mol，反应中只有NO₂中N元素化合价发生变化，发生歧化反应，有生成NO₃^-，
0.2mol二氧化氮转移电子的物质的量是0.1mol，故生成的NO₃^-的物质的量为

0.1mol

(5-4)

=0.1mol，故被还原的氮原子物质的量为0.2mol-0.1mol=0.1mol，令N元素在还原产物中的化合价为x价，则0.1mol×（4-x）=0.1mol，解得x=+3，故还原产物为NO₂^-，且生成的NO₃^-和NO₂^-物质的量之比为1：1，同时反应生成CO₂，故二氧化氮和碳酸钠溶液反应的离子反应方程式为：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂，故答案为：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂．

点评：本题考查化学平衡的有关计算、化学平衡的影响因素与平衡图象、热化学方程式书写、氧化还原反应等，题目综合性较大，难度较大，注意（2）中③利用含量-时间草图进行理解，讨论是否到达平衡，根据各情况判断．