Question

16．工業(yè)上生產(chǎn)硝酸的主要過程如下：
I、以N₂和H₂為原料合成氨氣．反應(yīng)為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）+Q．
（1）下列措施可以提高H₂的轉(zhuǎn)化率的是（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(yīng)．若容器容積恒定，達到平衡狀態(tài)時，氣體的總物質(zhì)的量是原來的$\frac{15}{16}$，則N₂的轉(zhuǎn)化率α₁=     ；若容器壓強恒定，達到平衡狀態(tài)時，N₂的轉(zhuǎn)化率為α₂，則α₂＞α₁ （填“＞”、“＜”或“=”）．
II、以氨氣、空氣為主要原料制硝酸．
（3）氨氣催化氧化的催化劑是三氧化二鉻或鉑絲；氨氣也可以在純氧中燃燒生成無毒、無污染的產(chǎn)物，其燃燒方程式為4NH₃+3O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2N₂+6H₂O．
（4）在容積恒定的密閉容器中進行反應(yīng)2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）-Q．
該反應(yīng)的反應(yīng)速率（v）隨時間（t）變化的關(guān)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）ab．
a．在t₁～t₂時，可依據(jù)容器內(nèi)氣體的壓強保持不變判斷反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)
b．在t₂時，采取的措施可以是升高溫度
c．在t₃～t₄時，可依據(jù)容器內(nèi)氣體的密度保持不變判斷反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)
d．在t₅時，容器內(nèi)NO₂的體積分數(shù)是整個過程中的最大值
III、硝酸廠常用如下2種方法處理尾氣．
（5）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）+483.6KJ
N₂（g）+2O₂（g）→2NO₂ （g）+67.7KJ
則H₂還原NO₂生成水蒸氣反應(yīng)的熱化學方程式是  4H₂（g）+NO₂（g）→N₂（g）+4H₂O（g）△H=+899.5KJ/mol．
（6）堿液吸收法：用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂．若9.2gNO₂和Na₂CO₃溶液完全反應(yīng)時轉(zhuǎn)移電子0.1mol，則反應(yīng)的離子方程式是CO₃^2-+2NO₂=CO₂↑+NO₂^-+NO₃^-．

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）根據(jù)影響化學平衡移動的因素：催化劑不改變平衡，增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動，減少生成物，平衡正向移動，溫度升高向著吸熱方向移動．
（2）設(shè)氫氣的轉(zhuǎn)化率為x，根據(jù)三段式用x表示平衡狀態(tài)時各組分的量，由題平衡狀態(tài)時，氣體的總物質(zhì)的量是原來的$\frac{15}{16}$計算；壓強恒定，該反應(yīng)是體積減小的反應(yīng)，相當于在恒容條件下增加壓強．
Ⅱ、（3）氨氣催化氧化的催化劑是三氧化二鉻或鉑絲；氨氣在純氧中燃燒生成無毒、無污染的產(chǎn)物為氮氣和水．
（4）根據(jù)反應(yīng)速率與時間的變化關(guān)系推測改變反應(yīng)速率的因素，t₂時為升高溫度或減小壓強，t₅是減小二氧化氮的濃度．
Ⅲ、（5）根據(jù)蓋斯定律．
（6）根據(jù)氧化還原反應(yīng)的規(guī)律，得失電子總數(shù)相等，推測生成物為硝酸根和亞硝酸根．

解答 解Ⅰ、（1）a、催化劑不改變平衡，氫氣的轉(zhuǎn)化率不變，a錯誤；
b、增大壓強，平衡向著氣體體積減小的方向移動，即該反應(yīng)的正方向，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，b正確；
c、及時分離出氨氣，平衡正向移動，所以氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，c正確；
d、溫度升高向著吸熱方向移動，即該反應(yīng)的逆方向，氫氣的轉(zhuǎn)化率減小，d錯誤；
故答案為：b c；
（ 2）設(shè)氮氣的轉(zhuǎn)化率為x，根據(jù)三段式：
                       N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始物質(zhì)的量：1              3           0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量：x              3x          2x
平衡物質(zhì)的量：1-x           3-3x       2x
平衡時氣體的總物質(zhì)的量是起始的$\frac{15}{16}$，則有；$\frac{15}{16}$×（1+4）=1-x+3-x+2x，x=0.125=12.5%；正反應(yīng)是個氣體體積減小的反應(yīng)，恒壓，則相當于在恒容時增大壓強，反應(yīng)正方向移動，氮氣轉(zhuǎn)化率增大．
故答案為：12.5%；＞；
Ⅱ、（3）氨氣催化氧化的催化劑是三氧化二鉻或鉑絲；氨氣在純氧中燃燒生成無毒、無污染的產(chǎn)物為氮氣和水，燃燒方程式為4NH₃+3 O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2 N₂+6H₂O，
故答案為：三氧化二鉻或鉑絲；4NH₃+3 O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2 N₂+6H₂O；
（4）a：該反應(yīng)是個氣體體積減小的反應(yīng)，達到平衡時壓強保持恒定，a正確；b：該反應(yīng)正反應(yīng)是個吸熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)正方向移動，正反應(yīng)也是體積減小的反應(yīng)，增大壓強平衡正向移動，由圖，t₂時，正反應(yīng)逆反應(yīng)速率都增大，正反應(yīng)增大的更多，正方向移動，所t₂時是升高溫度或增大壓強，b正確；c：反應(yīng)混合氣體總質(zhì)量不變，恒容體積不變，所以密度保持恒定，不能判斷平衡狀態(tài)，c錯誤；d：t₂時正向移動，二氧化氮體積分數(shù)增大，t₃達到平衡，t₄正反應(yīng)速率不變，逆反應(yīng)速率減小，反應(yīng)正向移動，應(yīng)是降低二氧化氮濃度，二氧化氮的體積分數(shù)減小，所以在t₃時二氧化氮的體積分數(shù)最大，d錯誤．
故答案為：a b；       
Ⅲ、（5）已知：①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=+483.6KJ/mol
                        ②N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂ （g）△H=+67.7KJ/mol
由蓋斯定律：①×2-②得：4H₂（g）+NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=+899.5KJ/mol
故答案為：4H₂（g）+NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=+899.5KJ/mol；
（6）二氧化氮的物質(zhì)的量為$\frac{9.2g}{46g/mol}$=0.2mol，充分反應(yīng)時轉(zhuǎn)移0.1mol電子，則說明該0.2mol二氧化氮中有0.1mol得電子變成硝酸根離子，另0.1mol二氧化氮失電子成亞硝酸根離子，所以該離子方程式為：CO₃^2-+2NO₂=CO₂↑+NO₂^-+NO₃^-
故答案為：CO₃^2-+2NO₂=CO₂↑+NO₂^-+NO₃^-

點評 本題考查了化學平衡的綜合運用，蓋斯定律，熱化學方程式的書寫以及氧化還原反應(yīng)，難度較大．