Question

7．氨催化氧化是硝酸工业的基础，按要求回答下列问题：
（1）NH₃与O₂可生成NO，其热化学方程式可表示为：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H
已知几种化学键的键能如表：

化学键	N-H		O-H	O=O
E/（kJ•mol-1）	x	y	m	n

①由此计算得出△H=12x+5n-4y-12m （用上表中字母表示）kJ•mol^-1．
②400℃时，在1L的密闭容器中加入l mol NH₃和1.5mol O₂，测得平衡时容器的压强为p，且比反应前压强增大了4%，则该温度下NH₃的转化率为40%；该反应的平衡常数Kp=3.545×10^-3p（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）；达到平衡后，保持温度不变，将反应容器的体积增大一倍，平衡向正反应（填“正反应”或“逆反应”）方向移动，判断理由是对气体分子数增大的反应，减小压强平衡向正反应方程移动．
（2）实际反应中，在上述1L的密闭容器中加入l mol NH₃和1.5mol O₂的反应过程中还发生4NH₃+3O₂?N₂+6H₂O反应，有关温度与各物质的量关系如图所示：
①已知400℃时，混合气体中NH₃、N₂、NO的物质的量比为5：6：3，则图象中x=0.3．
②NH₃生成NO和N₂的反应分别属于放热反应、放热反应（填“吸热反应”或“放热反应”），温度高于840℃后，各物质的物质的量发生如图所示变化的原因可能是可能是氨气高温分解生成氮气和氢气，使氨气氧化生成NO平衡向左移动；NO高温分解生成氮气和氧气；氨气和NO反应生成氮气和水（只答一条即可）．

Answer 1

分析 （1）①4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），反应的焓变△H=反应物键能总和-生成物的键能总和；
②依据化学平衡的三行式列式计算，气体压强之比等于气体物质的量之比，用平衡分压代替平衡浓度计算平衡常数，分压=总压×物质的量分数，达到平衡后，保持温度不变，将反应容器的体积增大一倍，压强减小平衡向气体体积增大的方向进行；
（2）①在上述1L的密闭容器中加入l mol NH₃和1.5mol O₂的反应过程中还发生4NH₃+3O₂?N₂+6H₂O反应，400℃时，混合气体中NH₃、N₂、NO的物质的量比为5：6：3，结合氮元素守恒计算x；
②氨气和氧气的反应为放热反应，温度高于840℃后，各物质的物质的量发生变化，NO减小，氮气增加，结合化学平衡影响因素分析判断．

解答 解：（1）①4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），反应的焓变△H=反应物键能总和-生成物的键能总和=12x+5n-4y-12m，
故答案为：12x+5n-4y-12m；
②400℃时，在1L的密闭容器中加入l mol NH₃和1.5mol O₂，测得平衡时容器的压强为p，且比反应前压强增大了4%，设达到平衡状态消耗氨气物质的量为x，
                        4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），
起始量（mol）   1                1.5               0                0
变化量（mol）   x              1.25x             x                1.5x
平衡量（mol） 1-x          1.5-1.25x           x               1.5x
（1-x+1.5-1.25x+x+1.5x）=（1+1.5）（1+4%）
x=0.4mol，
则该温度下NH₃的转化率=$\frac{0.4mol}{1mol}$×100%=40%，
平衡总物质的量=3.5mol，
用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，该反应的平衡常数Kp=$\frac{（p×\frac{1.5×0.4}{3.5}）^{6}（p×\frac{0.4}{3.5}）^{4}}{（p×\frac{0.6}{3.5}）^{4}（p×\frac{1.5-1.25×0.4}{3.5}）^{5}}$=3.545×10^-3p，
反应前后气体物质的量增大，达到平衡后，保持温度不变，将反应容器的体积增大一倍，压强减小平衡向正反应方向进行，
故答案为：40%；3.545×10^-3p；正反应，对气体分子数增大的反应，减小压强平衡向正反应方程移动；
（2）①在上述1L的密闭容器中加入l mol NH₃和1.5mol O₂的反应过程中还发生4NH₃+3O₂?N₂+6H₂O反应，已知400℃时，混合气体中NH₃、N₂、NO的物质的量比为5：6：3，结合氮元素守恒计算，5y+6y×2+3y=1
y=0.05
氮气物质的量=6y=0.05mol×6=0.3mol，
x=0.3
故答案为：0.3；
②上述计算分析可知，NH₃生成NO和N₂的反应分别属于放热反应，温度高于840℃后，各物质的物质的量发生如图所示变化，NO减小，N₂物质的量增大，可能是氨气高温分解生成氮气和氢气，使氨气氧化生成NO平衡向左移动；NO高温分解生成氮气和氧气；氨气和NO反应生成氮气和水，
故答案为：放热反应，放热反应；可能是氨气高温分解生成氮气和氢气，使氨气氧化生成NO平衡向左移动；NO高温分解生成氮气和氧气；氨气和NO反应生成氮气和水．

点评 本题考查了化学平衡影响因素、化学平衡常数的计算、图象比较、数据处理等知识点，掌握基础是解题关键，题目难度中等．