题目内容

【题目】研究氨氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时,涉及如下反应:

2NO2(g)+NaCl(s)NaNO3(s)+ClNO(g) K1 ΔH1<0(Ⅰ)

2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g)  K2  ΔH2<0 (Ⅱ)

(1)4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)的平衡常数K=________(用K1、K2表示)。

(2)为研究不同条件对反应(Ⅱ)的影响,在恒温条件下,向2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO和0.1 mol Cl2,10 min时反应(Ⅱ)达到平衡。测得平衡后n(Cl2)=2.5×10-2 mol,10 min内υ(ClNO)=________________,则NO的转化率α1=________。其他条件保持不变,反应(Ⅱ)在恒压条件下进行,平衡时NO的转化率α2 ________α1(填“>”、“<”或“=”),

(3)氨气是工业制硝酸的主要原料之一,催化氧化步骤中发生的主要反应如下:

I. 4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(g) △H =-906 kJ·mol-1

II.4NH3(g) + 3O2(g) 2N2(g) + 6H2O(g) △H = -1266 kJ·mol-1

在1L的密闭容器中充入1 mol NH3和2 mol O2,测得有关物质的物质的量与反应温度的关系如图所示。

①催化氧化步骤中,最适宜的温度为_________________(填“T1”或“T2” 或“T3”)

②写出N2和O2生成NO的热化学方程式________。

③温度为T2时,反应II的平衡常数K =_________________(只列算式)

【答案】K12/K2 7.5×10-3 mol·L-1·min-1 75% > T3 N2(g)+O2(g)2NO(g) △H= +180.5kJ·mol-1 0.22×0.96/0.44×1.453 mol·L-1

【解析】

(1)分别写出(Ⅰ)(Ⅱ)反应的平衡常数K1=c(ClNO)÷c2(NO2)

K2= c2(ClNO)÷[c2(NO)c(Cl2)],根据反应4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)可知该反应平衡常数K=c(Cl2)×c2(NO)÷[c4(NO2)]= K12/K2;

(2)在恒温条件下,向2L恒容密闭容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl2,10min时反应(Ⅱ)达到平衡,测得10min内v(ClNO)=7.5×10-3molL-1min-1,物质的量为7.5×10-3molL-1min-1×10min×2L=0.15mol,然后依据平衡三段式列式计算;

(3)根据生成物氮气、NO的物质的量判断催化剂对反应的选择性;

反应Ⅰ为放热反应,在T3时,反应达到平衡状态,继续升高温度,平衡逆向移动,从而使NO物质的量减少;

T2平衡时n(NO)=n(N2)=0.2mol,利用方程式计算两个反应消耗的氨气、氧气物质的量以及生成的水的物质的量,可以计算平衡时氨气与氧气物质的量,由于容器体积为1L,利用物质的量代替浓度带入K=c4(NO)c6(H2O)c4(NH3)c5(O2)计算;

(1)( 分别写出(Ⅰ)(Ⅱ)反应的平衡常数K1=c(ClNO)÷c2(NO2)

K2= c2(ClNO)÷[c2(NO)c(Cl2)],根据反应4NO2(g)+2NaCl(s)2NaNO3(s)+2NO(g)+Cl2(g)可知该反应平衡常数K=c(Cl2)×c2(NO)÷[c4(NO2)]= K12/K2;

第二种方法:反应③=①×2②,则K= K12/K2,

故答案为:K12/K2;

(2)在恒温条件下,向2L恒容密闭容器中加入0.2molNO和0.1molCl2,10min时反应(Ⅱ)达到平衡,测得10min内υ(ClNO)= 7.5×10-3 mol·L-1·min-1,物质的量为7.5×103molL1min1×10min×2L=0.15mol,则:

2NO(g)+Cl2(g)2ClNO(g),

起始量(mol)0.2 0.1 0

变化量(mol)0.15 0.075 0.15

平衡量(mol)0.05 0.025 0.15

则平衡后n(Cl2)=0.025mol,

NO的转化率α1=0.15mol÷0.2mol×100%=75%;

其他条件保持不变,反应(Ⅱ)在恒压条件下进行,随反应进行,气体体积减小,为保持恒压所以容器体积减小,压强增大,平衡正向进行,平衡时NO的转化率α2增大;

故答案为:7.5×10-3 mol·L-1·min-1;75%;>;

(3) ①由图可知,该催化剂在高温时,生成的NO物质的量远大于氮气的,故该催化剂在高温下选择反应I,催化剂在低温下选择反应Ⅱ,反应Ⅰ为放热反应,在T3时,反应达到平衡状态,继续升高温度,平衡逆向移动,从而使NO物质的量减少;

故答案为:T3

②有盖斯定律得:(I- II)÷2即是N2(g)+O2(g)2NO(g) △H= +180.5kJ·mol-1

故答案为:N2(g)+O2(g)2NO(g) △H= +180.5kJ·mol-1

③在1L密闭容器中充入span>1molNH3和2molO2,T2平衡时n(NO)=n(N2)=0.2mol,则:

4NH3(g)+5024NO(g)+6H2O(g)

变化(mol):0.2 0.25 0.2 0.3

4NH3(g)+302(g)2N2(g)+6H2O(g)

变化(mol):0.4 0.3 0.2 0.6

故平衡时,n(NH3)=1mol0.2mol0.4mol=0.4mol,n(O2)=2mol0.25mol0.3mol=1.45mol,n(H2O)=0.3mol+0.6mol=0.9mol,由于容器体积为1L,利用物质的量代替浓度计算平衡常数K= K=c2(N2)c6(H2O)÷(c4(NH3)c3(O2))= 0.22×0.96/0.44×1.453 mol·L-1

故答案为:0.22×0.96/0.44×1.453 mol·L-1

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