Question

10．硝酸是一种重要的化工原料，工业上生产硝酸的过程如下：
（1）以氮气、氢气为原料合成氨
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NH₃d．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．
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）变化的关系如下图所示．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）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=-483.6kJ/mol
N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ/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=-1034.7kJ/mol．
②碱液吸收法：用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂．

Answer 1

分析 （1）①可以提高H₂的转化率的措施就是使得化学平衡正向移动的措施，但是不能是加入氢气；
②依据化学平衡三段式列式计算，气体压强之比等于气体物质的量之比，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；随着反应的进行，气体的物质的量减小，所以压强减小，保持恒压，则相当于在恒容的基础上加压，即正向移动建立新平衡；
（2）a．反应是前后系数和变化的反应，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，正逆反应速率加快，平衡正向移动，据此确定采取的措施；
c．容器内气体的密度等于气体质量和体积的比值，始终是保持不变的量不能作为判断反应达到平衡状态的方面；
d．根据影响因素和平衡移动的方向确定容器内NO₂的体积分数的最大值；
（3）已知：Ⅰ、2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.5kJ/mol
Ⅱ、N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ/mol
由盖斯定律可知，Ⅰ×2-Ⅱ得4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g），据此计算．

解答 解：（1）①a．选择适当的催化剂，不会引起化学平衡的移动，故错误；
b．增大压强，可以促使化学平衡正向移动，可以提高H₂的转化率，故正确；
c．及时分离生成的NH₃，可以促使化学平衡正向移动，可以提高H₂的转化率，故正确；
d．升高温度会使得化学平衡逆向移动，降低反应物的转化率，故D错误；
故选：bc．   
②一定温度下，在1L密闭容器中充入1mol N₂和3mol H₂并发生反应．若容器容积恒定，达到平衡时，气体的总压强为原来的$\frac{15}{16}$，依据化学平衡三段式列式计算，设氮气消耗物质的量为x；
            N₂+3H₂=2NH₃
起始量（mol） 1  3  0
变化量（mol） x 3x 2x
平衡量（mol） 1-x 3-3x 2x
$\frac{1-x+3-3x+2x}{4}$=$\frac{15}{16}$，解得：x=0.125mol
则N₂的转化率α（N₂）=$\frac{0.125mol}{1mol}$×100%=12.5%；随着反应的进行，气体的物质的量减小，所以压强减小，保持恒压，则相当于在恒容的基础上加压，正向移动建立新平衡，所以反应物的转化率增加，即a₂＞a₁，
故答案为：12.5%；＞；
（2）a．反应是前后系数和变化的反应，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，故正确；
b．在t₂时，正逆反应速率加快，平衡正向移动，采取的措施可以是升高温度，还可以是加压，故错误；
c．容器内气体的密度等于气体质量和体积的比值，始终是保持不变的量，所以密度不变的时候反应不一定达到平衡状态，故错误；
d．根据影响因素引起的都是平衡正向移动，所以容器内NO₂的体积分数始终是减小的，即在t₃时容器内NO₂的体积分数在t₃时值的最大，故正确．
故选：ad；
（3）已知：Ⅰ、2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.5kJ/mol
Ⅱ、N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ/mol
由盖斯定律可知，Ⅰ×2-Ⅱ得4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g），
故△H=2×（-483.5kJ/mol）-67.7kJ/mol=-1100kJ/mol，
故热化学方程式为：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1034.7kJ/mol，
故答案为：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1034.7kJ/mol．

点评 本题考察范围广，难度大，主要考查了平衡移动、平衡计算、盖斯定律、电化学相关知识，注意知识的梳理应用是关键．