Question

氨与硝酸在工农业生产中均有重要的用途．某小组根据工业生产原理设计了生产氨与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
①一定温度下，在密闭容器中充入1mol N₂和3mol H₂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α=

 

；若此时放出热量为a KJ，则其热化学方程式为

 

．
②氨气溶于水则为氨水．已知NH₃?H₂O的电离平衡常数为K_b，计算0.1mol/L的NH₃?H₂O溶液中c（OH^-）=

 

mol/L（设平衡时NH₃?H₂O的浓度约为0.1mol/L，用含有Kb的代数式表示）．
（2）以氨气、空气为主要原料先进行氨的催化氧化，然后制得硝酸．
①其中NO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）变化的关系如图甲所示．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密度保持不变判断反应已达到平衡状态
b．在t₂时，采取的措施可以是升高温度
c．在t₃～t₄时与在t₁～t₂时的平衡常数K肯定相同
d．在t₅时，容器内NO₂的体积分数是整个过程中的最大值
②实际上，生成的NO₂会聚合生成N₂O₄．如果在一密闭容器中，17℃、1.01×10⁵Pa条件下，2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H＜0的平衡常数K=13.3．若改变上述体系的某个条件，达到新的平衡后，测得混合气体中c（NO₂）=0.04mol/L，c（N₂O₄）=0.007mol/L，则改变的条件是

 

．
③硝酸厂常用如下方法处理尾气用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂．若每9.2g NO₂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

 

．
（3）图乙表示的反应中涉及到了工业生产氨与硝酸的全部物质，每个□表示一种不同的物质，其中G为水．反应I的化学方程式是

 

．

Answer 1

考点：化学反应速率变化曲线及其应用,热化学方程式,化学平衡状态的判断,化学平衡的计算,无机物的推断

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①依据化学平衡三段式列式计算得到；求出反应的△H，写出热化学方程式；
②c（NH₄⁺）=c（OH^-），据Kb表达式和平衡时NH₃?H₂O的浓度可以求得；
（2）①2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g））△H＞0．反应是气体体积减小的吸热反应；
a、反应中气体质量守恒，体积不变，过程中密度不变；
b、反应是吸热反应升温正逆反应速率增大，平衡正向进行；
c、K受温度影响；
d、依据图象分析容器内NO₂的体积分数在t₃～t₄时最大；
②改变上述体系的某个条件，达到新的平衡后，根据c（NO₂）和c（N₂O₄）求出K值，K减小，说明升高了温度，平衡逆向移动；
③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；
（3）根据氮及其化合物知识可以判断和个框中的物质进而写出化学方程式．

解答： 解：①压强之比等于物质的量之比，达到平衡状态时，容器内的压强是原来的

15

16

，则减少的物质的量为（1+3）mol×（1-

15

16

）=

1

4

mol，则：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g） 物质的量减少△n
1                                     2
n（N₂）                               

1

4

故n（N₂）=

1

8

mol，所以氮气的转化率=

1 8

1

×100%=12.5%；

1

8

mol氮气反应放热aKJ，则1mol氮气反应放热8aKJ，所以热化学方程式为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-8aKJ/mol，
故答案为：12.5%；N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-8aKJ/mol；
②据NH₃?H₂O的电离方程式可知，c（NH₄⁺）=c（OH^-），已知NH₃?H₂O的浓度约为0.1mol/L，Kb=

c(N H + 4 )?c(OH-)，

c(NH3?H2O)

=

[c(OH-)]2

0.1

，可得：c（OH^-）=

0.1Kb

，
故答案为：

0.1Kb

；
（2）①2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g））△H＞0．反应是气体体积减小的吸热反应；
a、反应中气体质量守恒，体积不变，过程中密度不变，所以，密度不变不能说明反应达到平衡状态，故a错误；
b、反应是吸热反应，升温正逆反应速率都增大，平衡正向进行，故b正确；
c、t₂时升高了温度，K增大，所以在t₃～t₄时与在t₁～t₂时的平衡常数K不同，故c错误；
d、t₂时升高了温度，平衡正向移动，t₄时减小了生成物浓度，平衡正向移动，反应物浓度相应减小，所以，容器内NO₂的体积分数在t₃～t₄时最大，故d错误；
故选：b；
②改变上述体系的某个条件，达到新的平衡后，根据c（NO₂）和c（N₂O₄）求出K=4.375，K减小，说明升高了温度，平衡逆向移动，故答案为：升高温度；
③9.2gNO₂的物质的量=

9.2

46

=0.2mol，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．
（3）工业生产氨与硝酸的有关过程为：氮气与氢气合氨，氨催化氧化生成一氧化氮，也可用氮气和氧气反应生成一氧化氮，一氧化氮再氧化成二氧化氮，二氧化氮与水反应生成硝酸和一氧化氮，上述反应也可以适当合并书写，据此可知在框图中，反应I的化学方程式为N₂+O₂

放电或高温  .

2NO，故答案为：N₂+O₂

放电或高温  .

2NO．

点评：本题考查范围广、考查知识点跨度大，包含了转化率、热化学方程式书写、弱电解质的电离平衡常数、影响化学反应速率和平衡移动的条件、温度是影响化学平衡常数的唯一因素、离子方程式书写等等，题目难度较大．