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．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，气体的总物质的量是原来的

15

16

，则N₂的转化率a₁=

 

；若容器压强恒定，达到平衡状态时，N=的转化率为a₂，则a₂

 

a₁（‘填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）用氨催化氧化法可生产硝酸，其生产过程可表示为：
4NH₃+5O₂

催化剂 .

△

 4NO+6H₂O    4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃
现以3.4吨液氨为原料来生产质量分数为50%的硝酸，理论上需要加水的质量为

 

吨．（假设生产过程中反应物和生成物均无损耗）
（3）硝酸工业生产中的尾气可用纯碱溶液吸收，有关的化学反应为：
2NO₂+Na₂CO₃=NaNO₂+NaNO₃+CO₂，NO+NO₂+Na₂CO₃=2NaNO₂+CO₂．若在标准状况下有NO、NO₂的混合气体（不考虑N₂O₄）恰好与50mL 1． 0mol?L^-1的Na₂CO₃溶液反应完全，且生成NaNO₂和NaNO₃的物质的量的比为4：1，则在混合气体中NO气体的体积分数为多少？（请写出计算过程）

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学方程式的有关计算

专题：计算题

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）由反应4NH₃+5O₂

催化剂  .

4NO+6H₂O、4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃得：NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O，根据方程式计算；
（3）根据钠元素守恒计算．

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=

0.125

1

×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）由反应4NH₃+5O₂

催化剂  .

4NO+6H₂O、4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃
得：NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O，
    17      63   18
    3.4t    x     y
3.4吨液氨产生的硝酸的质量为x=12.6t，水的质量为y=3.6t，
则理论上需加水的质量为：

12.6t

50%

-（12.6+3.6）t=9t
故答案为：9；
（3）由反应转化关系知，反应过程中钠元素守恒，设NaNO₂和NaNO₃的物质的量分别为4a mol和a mol，
则4a+a=50mL×10^-3mL?L^-1×1.0 mol?L^-1×2，
解得：a=0.02 mol，
则2NO₂+Na₂CO₃=NaNO₂+NaNO₃+CO₂，
  0.04mol   0.02mol 0.02mol
         NO+NO₂+Na₂CO₃=2NaNO₂+CO₂
    0.03mol  0.03mol    0.06mol
于是，推出NO、NO₂的物质的量分别为：0.03 mol、0.07 mol，
即：NO所占的体积分数为

0.03

0.1

×100%=30%．
故答案为：30%．

点评：本题考查化学平衡的计算，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，为高考常见题型，注意结合反应的化学方程式和质量守恒解答该题．