Question

19．硝酸是一種重要的化工原料，工業(yè)上生產硝酸的主要過程如下：
（1）以N₂和H₂為原料合成氨氣．反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0
①下列措施可以提高H₂的轉化率是（填選項序號）bc．
a．選擇適當?shù)拇呋瘎?nbsp;  b．增大壓強  c．及時分離生成的NH₃   d．升高溫度
②一定溫度下，在密閉容器中充入1molN₂和3molH₂發(fā)生反應．若容器容積恒定，達到平衡狀態(tài)時，容器內的壓強是原來的$\frac{15}{16}$，則N₂的轉化率a₁=12.5%；
若容器壓強恒定，達到平衡狀態(tài)時，N₂的轉化率為a₂，則a₂＞a₁（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的反應的化學方程式是4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O．
②在容積恒定的密閉容器中進行反應2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H＞0
該反應的反應速率（v）隨時間（t）變化的關系如圖所示．若t₂、t₄時刻只改變一個條件，下列說法正確的是（填選項序號）ad．

a．在t₁～t₂時，可依據(jù)容器內氣體的壓強保持不變判斷反應已達到平衡狀態(tài)
b．在t₂時，采取的措施一定是升高溫度
c．在t₃～t₄時，可依據(jù)容器內氣體的密度保持不變判斷反應已達到平衡狀態(tài)
d．在t₀～t₅時，容器內NO₂的體積分數(shù)在t₃時值的最大
③向容積相同、溫度分別為T₁和T₂的兩個密閉容器中分別充入等量NO₂發(fā)生反應：
2NO₂ （g）?N₂O₄（g）△H＜0．恒溫恒容下反應相同時間后，分別測定體系中NO₂的百分含量分別為a₁，a₂．已知T1＜T2，則a₁Da₂
A．大于      B．小于     C．等于      D．以上都有可能
（3）硝酸廠常用如下2種方法處理尾氣．
①催化還原法：催化劑存在時用H₂將NO₂還原為N₂．
已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.5kJ/mol
N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+133kJ/mol
則H₂還原NO₂生成水蒸氣反應的熱化學方程式是4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1100kJ/mol．
②堿液吸收法：用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂
若每9.2gNO₂和Na₂CO₃溶液反應時轉移電子數(shù)為0.1mol，則反應的離子方程式是2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂ ．

Answer 1

分析 （1）①提高H₂的轉化率，應改變條件使平衡正向移動，但不能只增大氫氣濃度；
②若容器容積恒定，達到平衡狀態(tài)時，容器內的壓強是原來的$\frac{15}{16}$，則平衡時混合氣體總物質的量為（1+3）mol×$\frac{15}{16}$=3.75mol，利用差量法計算參加反應氮氣物質的量，進而計算氮氣的轉化率；
隨反應進行混合氣體物質的量減小，恒溫恒容下平衡時壓強減小，若容器壓強恒定，達到平衡狀態(tài)時，等效為在上述平衡基礎上增大壓強，平衡正向移動；
（2）①NH₃被氧氣催化氧化生成NO與水；
②a．隨反應進行混合氣體總物質的量減小，恒溫恒容下壓強減小，容器內氣體的壓強保持不變，說明反應到達平衡；
b．在t₂時瞬間，正、逆速率都增大，且正反應速率增大更多，平衡正向移動；
c．混合氣體總質量不變，容器容積不變，混合氣體密度為定值；
d．t₂時增大壓強，平衡正向移動，NO₂的體積分數(shù)增大，在t₅時移走NO₂使平衡正向移動，NO₂的體積分數(shù)減��；
③隨反應進行壓強減小，壓強減小使反應速率減慢，而溫度高使反應速率加快，由壓強、溫度均不相同，不能確定反應速率快慢；
（3）①已知：Ⅰ．2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.5kJ/mol
Ⅱ．N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+133kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，I×2-Ⅱ可得：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）；
②用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂，反應中有電子轉移，N元素發(fā)生歧化反應，反應有NO₃^-生成，生成NO₃^-為$\frac{0.1mol}{1}$=0.1mol，9.2gNO₂為0.2mol，發(fā)生還原的NO₂為（0.2-0.1）mol=0.1mol，根據(jù)電子轉移守恒N元素被還原為+3價，則生成NO₂^-．

解答 解：（1）①a．選擇適當?shù)拇呋瘎�，可以加快反應速率，不影響平衡移動，氫氣轉化率不變，故a錯誤；
b．增大壓強，平衡正向移動，氫氣轉化率增大，故b正確；
c．及時分離生成的NH₃，平衡正向元素，氫氣轉化率增大，故c正確；
d．正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，氫氣轉化率減小，故d錯誤，
故選：bc；
②若容器容積恒定，達到平衡狀態(tài)時，容器內的壓強是原來的$\frac{15}{16}$，則平衡時混合氣體總物質的量為（1+3）mol×$\frac{15}{16}$=3.75mol，則：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）  物質的量減小△n
1                                 2
n（N₂）                             4mol-3.75mol=0.25mol
n（N₂）=$\frac{0.25mol}{2}$=0.125mol，故氮氣的轉化率為$\frac{0.125mol}{1mol}$×1005=12.5%，
隨反應進行混合氣體物質的量減小，恒溫恒容下平衡時壓強減小，若容器壓強恒定，達到平衡狀態(tài)時，等效為在上述平衡基礎上增大壓強，平衡正向移動，氮氣轉化率增大，故氮氣轉化率a₂＞a₁，
故答案為：12.5%；＞；
（2）①NH₃被氧氣催化氧化生成NO與水，反應方程式為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，
故答案為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O；
②a．隨反應進行混合氣體總物質的量減小，恒溫恒容下壓強減小，容器內氣體的壓強保持不變，說明反應到達平衡，故a正確；
b．在t₂時瞬間，正、逆速率都增大，且正反應速率增大更多，平衡正向移動，正反應為放熱反應，不能是升高溫度，應是增大壓強，故b錯誤；
c．混合氣體總質量不變，容器容積不變，混合氣體密度為定值，故c錯誤；
d．t₂時增大壓強，平衡正向移動，NO₂的體積分數(shù)增大，在t₅時移走NO₂使平衡正向移動，NO₂的體積分數(shù)減小，故器內NO₂的體積分數(shù)在t₃時值的最大，故d正確，
故選：ad；
③隨反應進行壓強減小，壓強減小使反應速率減慢，而溫度高使反應速率加快，由壓強、溫度均不相同，不能確定反應速率快慢，則相同時間內，不能確定體系中NO₂的百分含量相對大小，
故選：D；
（3）①已知：Ⅰ．2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.5kJ/mol
Ⅱ．N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+133kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，I×2-Ⅱ可得：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1100kJ/mol，
故答案為：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1100kJ/mol；
②用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂，反應中有電子轉移，N元素發(fā)生歧化反應，反應有NO₃^-生成，生成NO₃^-為$\frac{0.1mol}{1}$=0.1mol，9.2gNO₂為0.2mol，發(fā)生還原的NO₂為（0.2-0.1）mol=0.1mol，根據(jù)電子轉移守恒N元素被還原為+3價，則生成NO₂^-，則反應離子方程式為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂ ，
故答案為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂ ．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、化學平衡圖象、蓋斯定律應用、氧化還原反應等，題目比較綜合，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用能力，難度中等．