Question

工业上以氨气为原料（铂铑合金网为催化剂）催化氧化法制硝酸的过程如下：

（1）己知反应一经发生，铂铑合金网就会处于红热状态．写出氨催化氧化的化学方程式：

 

；当温度升高时，该反应的平衡常数K值

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）硝酸厂尾气常用的处理方法是催化还原法：催化剂存在时用H₂将N0₂还原为N₂．已知：
2H₂（g）+0₂（g）=2H₂0（g）△H=a  kJ?mol^-1
N₂（g）+20₂（g）=2N0₂（g）△H=b  kJ?mol^-1
H₂0（1）=H₂0（g）△H=c kJ?mol^-1 则反应2NO₂（g）+4H₂（g）=N₂（g）+4H₂0（1）的△H=

 

．（用a、b、c表示）
（3）①合成氨反应的化学方程式为N₂+3H₂?2NH3，该反应在固定容积的密闭容器中进行．下列各项标志着该反应达到化学平衡状态的是

 

（填序号）
A、容器内N₂、H₂、NH₃的浓度之比为1：3：2
B、3v_正（N₂）=v_逆（H₂）
C、容器内压强保持不变
D、混合气体的相对分子质量保持不变
E．1mol N三N键断裂，同时1mol H-H键断裂
②若在恒温条件下，将N₂与H₂按一定比例混合通入一个容积为2L的密闭容器中，5min反应达平衡，n（N₂）=1mol，n（H₂）=1mol，n（NH₃）=2mol，则反应速率v（N₂）=

 

，H₂的平衡转化率=

 

；若保持容器的温度不变，在10min时将容器的容积压缩为lL，请在答题卡坐标图中，画出从反应开始至15min时c（NH₃）随时间变化曲线示意图．

Answer 1

考点：化学平衡常数的含义,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡状态的判断,物质的量或浓度随时间的变化曲线

专题：化学平衡专题

分析：（1）在一定条件下氨气与氧气反应生成一氧化氮和水；对于吸热反应，随着温度的升高，K增大，对于放热反应，随着温度的升高，K减小；
（2）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，反应热也处于相应的系数进行相应的加减，求解；
（3）①根据化学平衡状态的特征分析，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、质量、体积分数以及百分含量不变；
②根据反应速率的定义列式计算；转化率=

转化量

起始量

×100%；上述反应5分钟后达平衡时，c （NH₃）=1mol/L，平衡体系在10min时将容器的容积从2L压缩为lL，由1mol/L突变为2mol/L，缩小体积则压强增大，化学平衡正向移动，即向右移动，c （NH₃）继续增大，由于反应是可逆的，不能进行到底，NH₃平衡浓度小于2.67 mol/L，到达平衡的时间应小于15min．

解答： 解：（1）氨催化氧化的产物是一氧化氮和水，是工业生产硝酸获得一氧化氮的反应，化学方程式为4NH₃+5O₂

催化剂 .

△

4NO+6H₂O．已知反应一经发生，铂铑合金网就会处于红热状态．可知正反应是放热反应，随着温度的升高，K减小，
故答案为：4NH₃+5O₂

催化剂 .

△

4NO+6H₂O，减小；
（2）已知：①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=a kJ?mol^-1
②N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=b kJ?mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=c kJ?mol^-1
则由盖斯定律可知，①×2-②-4×③得反应2NO₂（g）+4H₂（g）=N₂（g）+4H₂O（l），△H=（2a-b-4c）kJ/mol，
故答案为：（2a-b-4c）kJ/mol；
（3）①A．反应平衡时各物质的浓度是否相等，取决于起始时各物质的量的关系和转化的程度，故A错误；
B．反应达到平衡时，正逆反应速率相等，3v_正（N₂）=v_逆（H₂），v_正（N₂）表示消耗N₂的速率，v_逆（H₂）表示生成H₂的速率，且v_正（N₂）：v_逆（H₂）=1：3，充分说明向两个相反方向进行的程度相当，故B正确；
C．该反应是反应前后气体体积有变化的反应，所以达到平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，该容器中的压强不再变化时，反应达到平衡状态，故C正确；
D．根据质量守恒，反应前后混合气体的质量不变，而该反应是反应前后气体物质的量有变化，则根据M=

m

n

可知混合气体的相对分子质量是一个变量，当保持不变时证明该反应是否达到平衡状态，故D正确；
E．无论反应是否达到平衡状态，只要断裂1mol N≡N键断裂同时，就断裂3molH-H键，故E错误；
故答案为：BCD；
②5分钟后反应达平衡时，n（N₂）=1mol，n（H₂）=1mol，n （NH₃）=1mol，平衡时的浓度分别为c（N₂）=0.5mol/L、c（H₂）=0.5mol/L，c （NH₃）=1mol/L，
设参加反应的氮气的物质的量为x，则参加反应的氢气的物质的量为3x，则
  N₂ +3H₂ ?2NH₃
  1   3    2
  x   3x   2mol   
x=1mol，反应速率V（N₂）═

1mol

2L×5min

=0.1mol/（L?min），H₂的平衡转化率=

3mol

(3+1)mol

×100%=75%；
上述反应经5分钟后达平衡时c （NH₃）=1mol/L，平衡体系在10min时将容器的容积从2L压缩为lL，c （NH₃）先增大1倍，由1mol/L变为2mol/L，缩小体积则压强增大，化学平衡正向移动，即向右移动，c （NH₃）继续增大，由于反应是可逆的，不能进行到底，NH₃平衡浓度小于2.67 mol/L，到达平衡的时间应小于15min；图象为：，
故答案为：0.1mol/（L?min）；75%；．

点评：本题考查了化学平衡状态的判断、有关化学平衡的计算、盖斯定律的运用等，综合性强，解题时须注意判断平衡状态的标志和角度，计算时须注意方程式中气体的化学计量数关系．