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  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15/16，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．
①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1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
②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

 

．
（4）CO可用于合成甲醇，反应方程式为：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图2所示．该反应△H

 

0（填“＞”或“＜”）．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学平衡状态的判断,转化率随温度、压强的变化曲线

专题：

分析：（1）反应的方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），依据化学平衡三段式列式计算得到；恒压容器中压强大于恒容容器中，平衡正向进行，转化率增大；
（2）①a．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．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；
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；
②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；
（4）从横坐标上一点，画一条平行于纵坐标的虚线，看相同压强下不同温度时CO的平衡转化率，温度越低转化率越低，说明，升温时平衡向逆向移动．

解答： 解：（1）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
开始（mol） 1        3       0
转化（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的转化率a₁=

0.125mol

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）①a．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．正反应是吸热反应，升高温度平衡向正反应移动，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，但该反应正反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡也向正反应进行，故t₂时为升高温度或增大压强，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；
②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=

9.2g

46g/mol

，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；
（4）从横坐标上一点，画一条平行于纵坐标的虚线，看相同压强下不同温度时CO的平衡转化率，温度越低转化率越低，说明，升温时平衡向逆向移动，正反应为放热反应，△H＜0，故答案为：＜．

点评：本题是一道很好的综合试题，适合当前的高考思路，综合性强．同时考查了学生的识图能力．这是学生必备的能力，题目难度中等．