Question

11．硝酸是一種重要的化工原料，工業(yè)上生產(chǎn)硝酸的主要過程如下．
（1）以N₂和H₂為原料合成氨氣．反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0．
①該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式是K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
②該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K與溫度T的關(guān)系如表所示：

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的轉(zhuǎn)化率的是（填選項(xiàng)序號(hào)）bc．
a．選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎?nbsp;   b．增大壓強(qiáng)    c．及時(shí)分離生成的NH₃ d．升高溫度
④一定溫度下，在密閉容器中充入1mol N₂和3mol H₂發(fā)生反應(yīng)．
（Ⅰ）若容器容積恒定，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，氣體的總物質(zhì)的量是原來的$\frac{15}{16}$，求N₂的轉(zhuǎn)化率α₁．（用三列式作答，要求寫出計(jì)算過程）
（Ⅱ）若容器壓強(qiáng)恒定，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，N₂的轉(zhuǎn)化率為α₂，則α₂＞α₁（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）以氨氣、空氣為主要原料制硝酸．
①NH₃被氧氣催化氧化生成NO的反應(yīng)的化學(xué)方程式是4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O．
②在容積恒定的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H＞0．該反應(yīng)的反應(yīng)速率（υ）隨時(shí)間（t）變化的關(guān)系如圖所示．若t₂、t₄時(shí)刻只改變一個(gè)條件，下列說法正確的是（填選項(xiàng)序號(hào)）abd．

a．在t₁～t₂時(shí)，可依據(jù)容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)保持不變判斷反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)
b．在t₂時(shí)，采取的措施可以是升高溫度
c．在t₃～t₄時(shí)，可依據(jù)容器內(nèi)氣體的密度保持不變判斷反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)
d．在t₅時(shí)，容器內(nèi)NO₂的體積分?jǐn)?shù)是整個(gè)過程中的最大值
（3）硝酸廠常用催化還原法處理尾氣：催化劑存在時(shí)用H₂將NO₂還原為N₂．
已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ/mol
則H₂還原NO₂生成水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1034.9kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）①平衡常數(shù)等于生成物濃度系數(shù)次冪之積除以反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積；
②該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，據(jù)此答題；
③以N₂和H₂為原料合成氨氣的反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，根據(jù)影響平衡移動(dòng)因素答題；
④（Ⅰ）若容器容積恒定，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，氣體的總物質(zhì)的量是原來的$\frac{15}{16}$，求N₂的轉(zhuǎn)化率α₁，
根據(jù)方程式 N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始（mol）1       3        0
轉(zhuǎn)化（mol）α₁ 3α₁ 2α₁
平衡（mol）1-α₁ 3-3α₁ 2α₁
根據(jù)題意可知，$\frac{1-α{\;}_{1}+3-3α{\;}_{1}+2α{\;}_{1}}{4}$=$\frac{15}{16}$，據(jù)此答題；
（Ⅱ）以N₂和H₂為原料合成氨氣的反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，所以在容器容積恒定，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的壓強(qiáng)小于容器壓強(qiáng)恒定，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)平衡的影響答題；
（2）①NH₃被氧氣催化氧化生成NO和水，根據(jù)元素守恒書寫化學(xué)方程式；
②a．反應(yīng)2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）是氣體體積減小的反應(yīng)，則當(dāng)容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)保持不變時(shí)，說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)；
b．在t₂時(shí)，根據(jù)圖，正逆反應(yīng)速率都增大，且正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，即平衡正向移動(dòng)；
c．在容積恒定的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），密度始終不變；
d．t₂、t₄時(shí)刻改變條件平衡都正向移動(dòng)，據(jù)此判斷；
（3）根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol；②N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ/mol，將①×4-②×2得H₂還原NO₂生成水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式，并據(jù)此計(jì)算出反應(yīng)熱．

解答 解：（1）①平衡常數(shù)等于生成物濃度系數(shù)次冪之積除以反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積，所以化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式是K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，所以K₁＞K₂，
故答案為：＞；
③以N₂和H₂為原料合成氨氣的反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，a．選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎�，�?duì)平衡沒有影響；b．增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大； c．及時(shí)分離生成的NH₃ ，平衡正向移動(dòng)，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大；d．升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，氫氣的轉(zhuǎn)化率減小，
故答案為：bc；
④（Ⅰ）若容器容積恒定，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，氣體的總物質(zhì)的量是原來的$\frac{15}{16}$，求N₂的轉(zhuǎn)化率α₁，
根據(jù)方程式 N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始（mol）1       3        0
轉(zhuǎn)化（mol）α₁ 3α₁ 2α₁
平衡（mol）1-α₁ 3-3α₁ 2α₁
根據(jù)題意可知，$\frac{1-α{\;}_{1}+3-3α{\;}_{1}+2α{\;}_{1}}{4}$=$\frac{15}{16}$，所以α₁=12.5%，
故答案為：12.5%；
（Ⅱ）以N₂和H₂為原料合成氨氣的反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，所以在容器容積恒定，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的壓強(qiáng)小于容器壓強(qiáng)恒定，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，壓強(qiáng)越小，平衡逆向移動(dòng)，所以α₂＞α₁，
故答案為：＞；
（2）①NH₃被氧氣催化氧化生成NO和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，
故答案為：4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O；
②a．反應(yīng)2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）是氣體體積減小的反應(yīng)，則當(dāng)容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)保持不變時(shí)，說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．在t₂時(shí)，根據(jù)圖，正逆反應(yīng)速率都增大，且正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，即平衡正向移動(dòng)，根據(jù)反應(yīng)可知升高溫度，平衡正向移動(dòng)，故b正確；
c．在容積恒定的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g），密度始終不變，所以密度不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故c錯(cuò)誤；
d．t₂、t₄時(shí)刻改變條件平衡都正向移動(dòng)，所以在t₅時(shí)，容器內(nèi)NO₂的體積分?jǐn)?shù)是整個(gè)過程中的最大值，故d正確，
故選abd；
（3）根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol；②N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ/mol，將①×4-②×2得H₂還原NO₂生成水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1034.9 kJ/mol，
故答案為：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1034.9 kJ/mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷等，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，為高考常見題型，注意結(jié)合反應(yīng)的化學(xué)方程式和質(zhì)量守恒解答該題．