Question

19．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）bc．
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$\frac{15}{16}$，则N₂的转化率a₁=12.5%；
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4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O．
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）ad．

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a₁Da₂
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4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1100kJ/mol．
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2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂ ．

Answer 1

分析 （1）①提高H₂的转化率，应改变条件使平衡正向移动，但不能只增大氢气浓度；
②若容器容积恒定，达到平衡状态时，容器内的压强是原来的$\frac{15}{16}$，则平衡时混合气体总物质的量为（1+3）mol×$\frac{15}{16}$=3.75mol，利用差量法计算参加反应氮气物质的量，进而计算氮气的转化率；
随反应进行混合气体物质的量减小，恒温恒容下平衡时压强减小，若容器压强恒定，达到平衡状态时，等效为在上述平衡基础上增大压强，平衡正向移动；
（2）①NH₃被氧气催化氧化生成NO与水；
②a．随反应进行混合气体总物质的量减小，恒温恒容下压强减小，容器内气体的压强保持不变，说明反应到达平衡；
b．在t₂时瞬间，正、逆速率都增大，且正反应速率增大更多，平衡正向移动；
c．混合气体总质量不变，容器容积不变，混合气体密度为定值；
d．t₂时增大压强，平衡正向移动，NO₂的体积分数增大，在t₅时移走NO₂使平衡正向移动，NO₂的体积分数减小；
③随反应进行压强减小，压强减小使反应速率减慢，而温度高使反应速率加快，由压强、温度均不相同，不能确定反应速率快慢；
（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
根据盖斯定律，I×2-Ⅱ可得：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）；
②用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂，反应中有电子转移，N元素发生歧化反应，反应有NO₃^-生成，生成NO₃^-为$\frac{0.1mol}{1}$=0.1mol，9.2gNO₂为0.2mol，发生还原的NO₂为（0.2-0.1）mol=0.1mol，根据电子转移守恒N元素被还原为+3价，则生成NO₂^-．

解答 解：（1）①a．选择适当的催化剂，可以加快反应速率，不影响平衡移动，氢气转化率不变，故a错误；
b．增大压强，平衡正向移动，氢气转化率增大，故b正确；
c．及时分离生成的NH₃，平衡正向元素，氢气转化率增大，故c正确；
d．正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，氢气转化率减小，故d错误，
故选：bc；
②若容器容积恒定，达到平衡状态时，容器内的压强是原来的$\frac{15}{16}$，则平衡时混合气体总物质的量为（1+3）mol×$\frac{15}{16}$=3.75mol，则：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）  物质的量减小△n
1                                 2
n（N₂）                             4mol-3.75mol=0.25mol
n（N₂）=$\frac{0.25mol}{2}$=0.125mol，故氮气的转化率为$\frac{0.125mol}{1mol}$×1005=12.5%，
随反应进行混合气体物质的量减小，恒温恒容下平衡时压强减小，若容器压强恒定，达到平衡状态时，等效为在上述平衡基础上增大压强，平衡正向移动，氮气转化率增大，故氮气转化率a₂＞a₁，
故答案为：12.5%；＞；
（2）①NH₃被氧气催化氧化生成NO与水，反应方程式为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O，
故答案为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化剂}}{△}$4NO+6H₂O；
②a．随反应进行混合气体总物质的量减小，恒温恒容下压强减小，容器内气体的压强保持不变，说明反应到达平衡，故a正确；
b．在t₂时瞬间，正、逆速率都增大，且正反应速率增大更多，平衡正向移动，正反应为放热反应，不能是升高温度，应是增大压强，故b错误；
c．混合气体总质量不变，容器容积不变，混合气体密度为定值，故c错误；
d．t₂时增大压强，平衡正向移动，NO₂的体积分数增大，在t₅时移走NO₂使平衡正向移动，NO₂的体积分数减小，故器内NO₂的体积分数在t₃时值的最大，故d正确，
故选：ad；
③随反应进行压强减小，压强减小使反应速率减慢，而温度高使反应速率加快，由压强、温度均不相同，不能确定反应速率快慢，则相同时间内，不能确定体系中NO₂的百分含量相对大小，
故选：D；
（3）①已知：Ⅰ．2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.5kJ/mol
Ⅱ．N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+133kJ/mol
根据盖斯定律，I×2-Ⅱ可得：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1100kJ/mol，
故答案为：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1100kJ/mol；
②用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂，反应中有电子转移，N元素发生歧化反应，反应有NO₃^-生成，生成NO₃^-为$\frac{0.1mol}{1}$=0.1mol，9.2gNO₂为0.2mol，发生还原的NO₂为（0.2-0.1）mol=0.1mol，根据电子转移守恒N元素被还原为+3价，则生成NO₂^-，则反应离子方程式为：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂ ，
故答案为：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂ ．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学平衡图象、盖斯定律应用、氧化还原反应等，题目比较综合，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，难度中等．