Question

18．哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法而获得 1918 年诺贝尔化学奖．其反应的化学方程式为N₂+3H₂$?_{高温高压}^{催化剂}$2NH₃，在298K时：△H=-92.2kJ•mol^-1．
（1）在500℃下，合成塔中反应开始时氮气、氢气的浓度分别为1 mol•L^-1、3mol•L^-1，平衡时氢气的转化率为30%，则平衡时氨气的体积分数为$\frac{3}{17}$；此时将温度升高至 600℃，逆反应速率增大，正反应速率增大（填“增大”、“减小”或“不变”，下同），达到新平衡时氢气的转化率减小．
（2）在硝酸生产过程中所排放出来的气体含有 NO₂会污染环境，现用氨催化还原法将 NO₂转化为无毒气体直接排入空气中，写出有关反应的化学方程式：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$7N₂+12H₂O．

Answer 1

分析 （1）相同条件下，气体摩尔体积相等，气体的物质的量之比等于其体积之比还等于其浓度之比，
               N₂+3H₂$?_{高温高压}^{催化剂}$2NH₃
开始（mol•L^-1）   1   3       0
反应（mol•L^-1） 0.3  3×30%   0.6
平衡（mol•L^-1） 0.7  2.1     0.6
则平衡时混合气体浓度为（0.7+2.1+0.6）mol/L=3.4mol/L，
氨气的体积分数=$\frac{0.6mol/L}{3.4mol/L}×100%$；
升高温度，正逆反应速率都增大，平衡向吸热反应方向移动；
（2）根据题意知，在催化剂条件下，二氧化氮和氨气发生氧化还原反应生成氮气和水．

解答 解：（1）相同条件下，气体摩尔体积相等，气体的物质的量之比等于其体积之比还等于其浓度之比，
               N₂+3H₂$?_{高温高压}^{催化剂}$2NH₃
开始（mol•L^-1）   1   3       0
反应（mol•L^-1） 0.3  3×30%   0.6
平衡（mol•L^-1） 0.7  2.1     0.6
则平衡时混合气体浓度为（0.7+2.1+0.6）mol/L=3.4mol/L，
氨气的体积分数=$\frac{0.6mol/L}{3.4mol/L}×100%$=$\frac{3}{17}$；
升高温度，活化分子百分数增大，导致正逆反应速率都增大，平衡向吸热反应方向移动，逆反应是吸热反应，所以平衡向逆反应方向移动，氢气的转化率减小，
故答案为：$\frac{3}{17}$；增大；减小；
（2）根据题意知，在催化剂条件下，二氧化氮和氨气发生氧化还原反应生成氮气和水，
反应方程式为8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$7N₂+12H₂O，故答案为：8NH₃+6NO₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$7N₂+12H₂O．

点评 本题考查化学平衡有关计算、化学反应速率及化学平衡影响因素、化学方程式的书写等知识点，为高频考点，熟悉三段式解题方法是解本题关键，知道温度对反应速率影响原理，题目难度不大．