Question

3．NH₃可用于制造硝酸、纯碱等，还可用于烟气脱硝．

（1）NH₃催化氧化可制备硝酸．
①NH₃氧化时发生如下反应：
4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H₁=-907kJ•mol^-1
4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H₂=-1269kJ•mol^-1
则4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（g）△H₃=-1811.63kJ•mol^-1
②NO被O₂氧化为NO₂．其他条件不变时，NO的氧化率[α（NO）₂]₂ 与温度、压强的关系如图1所示．则p₁＞  p₂（填“＞”、“＜”或 1  2“=”）；温度高于800℃时，a（NO）几乎为0的原因是NO₂几乎完全分解．
（2）臭氧是理想的烟气脱硝剂，其脱硝反应为：2NO₂（g）+O₃?N₂O₅（g）+O₂（g）△H．不同温度下，在三个容器中发生上述反应，相关信息如表及图2所示：

容器	甲	乙	丙
容积/L	1	1	2
反应物起始量	1molO3、2molO2
		1molO3、2molNO2
			1molO3、2molN2O5
温度/K	T1	T2	T2

下列说法正确的是D．
A． 0～10min内甲容器中反应的平均速率：v（NO₂）=0.02mol•L^-1•min^-1 
B．T₁＜T₂，△H＞0
C，平衡时N₂O₅浓度：c_乙（N₂O₅）＞c_丙（N₂O₅）
D．T1K时，若起始时向容器甲中充入2molNO₂、1molO₃、2molN₂O₅和2mol O₂，则脱硝反应达到平衡前，v（正）＜v（逆）
（3）工业上合成氨通常在反应未达到平衡时就将反应混合物移出合 成塔，原因是能提高单位时间内氨的产量．
（4）SO 经过净化后与空气混合进行催化氧化后制取硫酸或者硫酸铵，其中SO2发生催化氧化的反应为：2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₂（g）．若在 T₁℃、0.1MPa条件下，往一密闭容器通入 SO₂和O₂（其中 n（SO₂ ）：n（O ₂）=2：1），测得容器内总压强与反应时间如图3所示：
①图中 A点时，SO₂的转化率为45%．
②计算SO₂催化氧化反应在图中 B点的压强平衡常数   K=24300（MPa）^-1（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，并写上单位）．
②若在 T℃，其他条件不变的情况下测得压强的变化曲线如图所示，其中 C点的正反应速率v_c（正）与 A点的逆反应速率v_A（逆）的大小关系为 v_c （正）＞ v_A（逆 ） （填“＞”、“＜”、“=”）．

Answer 1

分析 （1）①4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H₁=-907.28kJ•mol^-1；②4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H₂=-1 269.02kJ•mol^-1；目标反应的反应热为：$\frac{②×5-①×3}{2}$，由此分析解答；
②温度相同时p1的一氧化氮的氮率大，所以增大压强平衡正向移动；α（NO）几乎为0的原因是无二氧化氮，NO₂几乎完全分解；
（2）A． 图象分析可知，N₂O₅（g）生产浓度0.5mol/L，则消耗NO₂浓度1.0mol/L，计算v（NO₂）在0～10min内甲容器中反应的平均速率=$\frac{△c}{△t}$；
B．先拐先平温度高，T₁＜T₂，温度越高N₂O₅（g）浓度越小，结合平衡移动原理分析；
C．结合三行计算列式计算浓度，化学反应达到平衡状态不能进行彻底分析；
D．若起始时向容器甲中充入2molNO₂、1molO₃、2molN₂O₅和2mol O₂，计算浓度商Qc和平衡常数比较判断反应进行的方向；
（3）分离生成物促进平衡正向进行提高生产效率；
（4）①结合化学三行计算列式，依据图中A点时，气体物质的量0.085，依据开始和A点气体物质的量之比列式计算，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
②图中B点，依据化学三行列式计算，设氧气消耗物质的量为y，
                      2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃
起始量（mol） 2a              a               0
变化量（mol） 2y             y             2y
平衡量（mol）2a-2y        a-y           2y
B点气体物质的量为 0.007，则$\frac{2a-2y+a-y+2y}{2a+a}$=$\frac{0.07}{0.1}$
y=0.9a，
用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数计算SO₂催化氧化反应在图中B点的压强平衡常数；
③先拐先平温度高，达到平衡所需时间短，温度越高反应速率越大．

解答 解：（1）①4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H₁=-907.28kJ•mol^-1；②4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H₂=-1 269.02kJ•mol^-1；目标反应的反应热为：$\frac{②×5-①×3}{2}$=1811.63 kJ•mol^-1，故答案为：1811.63 kJ•mol^-1；
②温度相同时p1的一氧化氮的氮率大，所以增大压强平衡正向移动，所以p₁＞p₂；α（NO）几乎为0的原因是无二氧化氮，NO₂几乎完全分解；
故答案为：＞；NO₂几乎完全分解；
（2）2NO₂（g）+O₃?N₂O₅（g）+O₂（g），
A． 图象分析可知，N₂O₅（g）生产浓度0.5mol/L，则消耗NO₂浓度1.0mol/L，v（NO₂）在0～10min内甲容器中反应的平均速率=$\frac{1.0mol/L}{10min}$0.1mol/L•min，故A错误；
B．先拐先平温度高，T₁＜T₂，温度越高N₂O₅（g）浓度越小，说明温度升高平衡逆向进行，则反应△H＜0，故B错误；
C，乙中依据化学三行计算得到，
2NO₂（g）+O₃?N₂O₅（g）+O₂（g），
 2              1         0               0
 0.8          0.4       0.4          0.4
 1.2         0.6       0.4           0.4
丙中2NO₂（g）+O₃?N₂O₅（g）+O₂（g），
                          1           2         0            
平衡时N₂O₅浓度：c_乙（N₂O₅）＜c_丙（N₂O₅），故C错误；
D．若起始时向容器甲中充入2molNO₂、1molO₃、2molN₂O₅和2mol O₂，计算浓度商Qc=$\frac{2×2}{{2}^{2}×1}$=1，相当于加入五氧化二氮反应逆向进行，则脱硝反应达到平衡前，v（正）＜v（逆），故D正确；
故答案为：D．
（3）工业上合成氨通常在反应未达到平衡时就将反应混合物移出合成塔，促进平衡正向进行，能提高单位时间内氨的产量，
故答案为：能提高单位时间内氨的产量；
（4）①依据化学三行列式计算，设氧气消耗物质的量为x，
             2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃
起始量（mol） 2a        a        0
变化量（mol） 2x        x        2x
平衡量（mol）2a-2x     a-x       2x
图中A点时，气体物质的量0.085，则$\frac{2a-2y+a-y+2y}{2a+a}$=$\frac{0.085}{0.1}$
x=0.45a
SO₂的转化率=$\frac{0.45a×2}{2a}$×100%=45%，
故答案为：45%；
②图中B点，依据化学三行列式计算，设氧气消耗物质的量为y，
             2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃
起始量（mol） 2a        a        0
变化量（mol） 2y        y        2y
平衡量（mol）2a-2y     a-y       2y
B点气体物质的量为 0.007，则$\frac{2a-2y+a-y+2y}{2a+a}$=$\frac{0.07}{0.1}$
y=0.9a，
平衡常数K=$\frac{（0.007MPa×\frac{1.8a}{0.2a+0.1a+1.8a}）^{2}}{（0.007MPa×\frac{0.2a}{0.2a+0.1a+1.8a}）^{2}×\frac{0.1a}{0.2a+0.1a+1.8a}}$=24300（MPa）^-1，
故答案为：24300（MPa）^-1；
③图象分析可知，先拐先平温度高则T₁＜T₂，C点是平衡状态，A点反应未达到平衡状态，其中C点的正反应速率v_C（正）与A点的逆反应速率v_A（逆）的大小关系为v_C（正）＞v_A（逆）
故答案为：＞．

点评 本题考查了化学平衡、化学反应速率影响因素的分析应用，图象变化和数值的计算是解题关键，题目难度中等．