Question

【题目】硝酸是一种重要的化工原料，工业上采用氨催化氧化法制备，生产过程中发生的反应有：

4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(l) ΔH1＝-1169.2 kJ/mol

2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g) ΔH2＝-114.2 kJ/mol

3NO2(g)＋H2O(l)=2HNO3(aq)＋NO(g) ΔH3＝-71.7kJ/mol

回答下列问题：

（1）NH3(g)＋2O2(g)=HNO3(aq)＋H2O(l)的ΔH＝___________kJ/mol。

原料气体（NH3、O2）在进入反应装置之前，必须进行脱硫处理。其原因是________。

（2）研究表明2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)的反应历程分两步：

（a）2NO(g) N2O2(g)(快) （b）N2O2(g)＋O2(g) 2NO2(g) (慢)

①该反应的速率由b步决定，说明b步反应的活化能比a步的_____（填“大”或“小”）。

②在恒容条件下，NO和O2的起始浓度之比为2:1，反应经历相同时间，测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如右图，则150℃时，v正____v逆（填“＞”或“＜”）。若起始c(O2)＝5.0×104mol·L1，则380℃下反应达平衡时c(O2)＝_______ mol·L1。

（3）T1温度时，在容积为2L的恒容密闭容器中发生反应2NO＋O2=2NO2，实验测得：v正＝v(NO)消耗＝2v(O2)消耗＝k正c2(NO)c(O2)，v逆＝v(NO2)消耗＝k逆c2(NO2)，k正、k逆为速率常数，受温度影响。容器中各反应物和生成物的物质的量随时间变化如图所示：

①下列说法能表明该反应已经达到平衡状态的是_______（填序号）

A．混合气体的密度不变

B．混合气体的颜色不变

C．k正、k逆不变

D．2v正(O2)＝v逆(NO2)

②化学平衡常数K与速率常数k正、k逆的数学关系式K＝___________。

③温度为T1时的化学平衡常数K＝_________。若将容器的温度变为T2时k正＝k逆，则T2 _______T1（填“＞” “＜”或“＝”）。

Answer 1

【答案】- 413.8 防止催化剂中毒，影响生产效率 b ＞ 2.5×104mol·L1 BD 160 ＞

【解析】

⑴利用盖斯定律求算焓变，脱硫处理主要目的是防止催化剂中毒，影响生产效率；

⑵①活化能越大，反应速率越慢，活化能越小，反应速率越慢；

②开始阶段正在建立平衡的阶段，最高点以后是温度影响平衡移动，在150℃时，处于建立平衡的阶段，正反应速率大于逆反应速率，因此v正＞v逆，利用三步走进行计算；

⑶①利用判断化学平衡状态的标志进行判断，再利用正逆反应速率相等得出化学平衡常数K与速率常数k正、k逆的数学关系，再根据图中数据进行计算K和判断T2 与T1相对高低。

⑴将第1个方程式乘以0.25，加上第二个方程式的0.75倍，加上第3个方程式的0.5倍，得出NH3(g)＋2O2(g)=HNO3(aq)＋H2O(l)的ΔH＝ (-1169.2)×0.25 +(-114.2)×0.75 + (-71.7)×0.5 = - 413.8 kJ/mol，原料气体（NH3、O2）在进入反应装置之前，必须进行脱硫处理。其原因是防止催化剂中毒，影响生产效率，故答案为：- 413.8；防止催化剂中毒，影响生产效率；

⑵①活化能越大，反应速率越慢，活化能越小，反应速率越慢，因此b步反应的活化能比a步的大，故答案为：b；

②开始阶段正在建立平衡的阶段，最高点以后是温度影响平衡移动，在150℃时，处于建立平衡的阶段，正反应速率大于逆反应速率，因此v正＞v逆，

2NO(g) ＋ O2(g) 2NO2(g)

开始（mol·L1）：1.0×103 5.0×104 0

转化（mol·L1）：5.0×104 2.5×104 5.0×104

平衡（mol·L1）：5.0×104 2.5×104 5.0×104

因此380℃下反应达平衡时c(O2)＝2.5×104mol·L1，故答案为：＞；2.5×104mol·L1。

⑶①A选项，，气体密度不变，容器体积不变，混合气体的密度始终不变，故A不能作为判断平衡标志；

B选项，二氧化氮是红棕色，当混合气体的颜色不变达到平衡，故B能作为判断平衡标志；

C选项，k正、k逆只与温度有关，恒温，k正、k逆始终不变，故C不能作为判断平衡标志；

D选项，2v正(O2)＝v逆(NO2)，一个正向，一个逆向移动，速率之比等于计量系数之比，故D能作为判断平衡标志。

综上所述，答案为BD。

②k正c2(NO)c(O2) ＝ k逆c2(NO2)，化学平衡常数K与速率常数k正、k逆的数学关系式K＝，故答案为：。

③根据图像c(NO) ＝0.2 mol，c(O2) ＝0.2 mol，c(NO2) ＝0.8 mol，温度为T1时的化学平衡常数，若将容器的温度变为T2时k正＝k逆，K = 1，反应为放热反应，则升温平衡常数减小，则T2 ＞T1，故答案为：160；＞。