硝酸是一种重要的化工原料,工业上生产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) ΔH<0。
①该反应的化学平衡常数表达式是K= 。
②该反应的化学平衡常数K与温度T的关系如下表所示:
| T / K | 473 | 573 | 673 | …… |
| K | 4.4×10-2 | K1 | K2 | …… |
其中,K1 K2(填“>”、“=”或“<”)。
③ 下列措施可以提高H2的转化率的是(填选项序号)____________________。
a.选择适当的催化剂
b.增大压强
c.及时分离生成的NH3
d.升高温度
④ 一定温度下,在密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2发生反应。
(Ⅰ)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
,
求N2的转化率α1。(用三列式作答,要求写出计算过程)
(Ⅱ)若容器压强恒定,达到平衡状态时,N2的转化率为α2,则α2 α1(填“>”、“<”或“=”)。
(2)以氨气、空气为主要原料制硝酸。
① NH3被氧气催化氧化生成NO的反应的化学方程式是_________________。
② 在容积恒定的密闭容器中进行反应2NO(g)+O2(g)
2NO2(g) ΔH>0。该反应的反应速率(υ)随时间(t)变化的关系如图所示。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)___________________。
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,采取的措施可以是升高温度
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t5时,容器内NO2的体积分数是整个过程中的最大值
(3)硝酸厂常用催化还原法处理尾气:催化剂存在时用H2将NO2还原为N2。
已知:2H2(g) + O2(g)=2H2O(g) ΔH=— 483.6 kJ/mol
N2(g) + 2O2(g)=2NO2(g) ΔH=+ 67.7 kJ/mol
则H2还原NO2生成水蒸气反应的热化学方程式是_____________ 。