Question

13．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：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0．
①下列有關(guān)反應速率的敘述，正確的是abd（選填序號）．
a．升高溫度可增大活化分子百分數(shù)，加快反應速率
b．增大壓強不能增大活化分子百分數(shù)，但可以加快反應速率
c．使用催化劑可以使反應物分子平均能量升高，加快反應速率
d．在質(zhì)量一定的情況下，催化劑顆粒的表面積大小，對反應速率有顯著影響
②一定溫度下，在密閉容器中充入1mol N₂和3mol H₂發(fā)生反應．若容器體積恒定，達到平衡狀態(tài)時，N₂的轉(zhuǎn)化率為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“=”）．
（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（υ）隨時間（t）變化的關(guān)系如圖1所示．若t₂、t₄時刻只改變一個條件，下列說法正確的是AB（填選項序號）．
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
（3）硝酸廠常用以下方法處理尾氣：
�。畨A液吸收法：用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂．若每9.2g NO₂和Na₂CO₃溶液反應時轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.1mol，則反應的離子方程式是．
ⅱ．氨催化吸收法，原理是NH₃與NO_x反應生成無毒的物質(zhì)．某同學采用圖2裝置和步驟模擬工業(yè)上氮的氧化物處理過程．

選用上述部分裝置，按圖3順序連接成模擬尾氣處理裝置：
①A中反應的離子方程式：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
②D裝置作用有：使氣體混合均勻、調(diào)節(jié)氣流速度，還有一個作用是防止氨氣溶解（或防止倒吸）．
③D裝置中的液體可換成c（填序號）．
a．CuSO₄溶液  b．H₂O      c．CCl₄      d．濃H₂SO₄
④該同學所設(shè)計的模擬尾氣處理實驗還存在的明顯缺陷是未反應的NO無法處理，會污染環(huán)境．

Answer 1

分析 （1）①增大濃度、壓強，活化分子的濃度增大，但百分數(shù)不變，升高溫度、加入催化劑，可增大活化分子的百分數(shù)，反應物接觸面積越大，其反應速率越快，以此解答該題；
②恒壓容器中壓強大于恒容容器中，平衡正向進行，轉(zhuǎn)化率增大；
（2）①氨氣催化氧化生成一氧化氮和水；
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g））△H＞0．該反應是氣體體積減小的吸熱反應；
A、壓強不變說明反應達到平衡；
B、反應是吸熱反應升溫正逆反應速率增大，平衡正向進行；
C、反應中氣體質(zhì)量守恒，體積不變，過程中密度不變；
D、依據(jù)圖象分析器內(nèi)NO₂的體積分數(shù)在t₃～t₄時最大
（3）ⅰ．根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算NO₂的物質(zhì)的量，反應中只有NO₂中N元素化合價發(fā)生變化，發(fā)生歧化反應，有生成NO₃^-，根據(jù)注意電子數(shù)計算生成NO₃^-的物質(zhì)的量，再根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算N元素在還原產(chǎn)物中的化合價，判斷還原產(chǎn)物，據(jù)此書寫；
ⅱ．①稀硝酸具有強氧化性，與銅發(fā)生氧化還原反應生成硝酸銅和NO等；
②氨氣難溶于飽和氨水，可防止倒吸；
③氨氣為極性分子，不溶于非極性溶劑；
④缺少尾氣處理裝置，過量的NO會污染空氣；

解答 解：（1）①a．升高溫度，給分子提供能量，活化分子百分數(shù)增大，加快反應速率，故a正確；
b．增大壓強，活化分子百分數(shù)不變，活化分子的濃度增大，加快反應速率，故b正確；
c．催化劑降低反應的活化能，加快反應速率，故c錯誤；
d．增大固體表面積，可增大反應速率，故d正確，
故答案為：abd；
②正反應是氣體體積減小的反應，容器壓強恒定，相當于在恒容的條件下增大壓強，平衡向正反應進行，氮氣的轉(zhuǎn)化率增大，所以a₂＞a₁，
故答案為：＞；
（2）①氨氣催化氧化生成一氧化氮和水，化學方程式：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$4NO+6H₂O；
故答案為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{△}$4NO+6H₂O；
②A．該反應正反應是氣體物質(zhì)的量減小的反應，恒溫恒容下條件下，壓強不變，說明到達平衡，故A正確；
B．正反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應移動，在t₂時，正、逆速率都增大，且正反應速率增大更多，平衡向正反應移動，該反應正反應是氣體體積減小的反應，增大壓強平衡向正反應進行，轉(zhuǎn)化率增大，故B正確；
C．恒容條件下，反應混合氣體的總質(zhì)量不變，密度始終不變，所以不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．由圖可知，在t₂時，改變條件平衡向正反應移動，t₃時到達平衡，t₄時瞬間正反應速率不變，逆反應速率減小，平衡向正反應進行，應是NO₂降低的濃度，故容器內(nèi)NO₂的體積分數(shù)在t₃時值的最大，故D錯誤；
故選AB；
（3）ⅰ．9.2gNO₂的物質(zhì)的量為0.2mol，反應中只有NO₂中N元素化合價發(fā)生變化，發(fā)生歧化反應，有生成NO₃^-，
0.2molNO₂轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是0.1mol，故生成的NO₃^-的物質(zhì)的量為$\frac{0.1mol}{（5-4）}$=0.1mol，故被還原的氮原子物質(zhì)的量為0.2mol-0.1mol=0.1mol，令N元素在還原產(chǎn)物中的化合價為x價，則0.1mol×（4-x）=0.1mol，解得x=+3，故還原產(chǎn)物為NO₂^-，且生成的NO₃^-和NO₂^-物質(zhì)的量之比為1：1，同時反應生成CO₂，故二氧化氮和碳酸鈉溶液反應的離子反應方程式為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂；
故答案為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂；
ⅱ．①稀硝酸具有強氧化性，與銅發(fā)生氧化還原反應生成硝酸銅和NO等，反應的離子方程式為3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
②D裝置使氣體混合均勻、調(diào)節(jié)氣流速度，另外，氨氣難溶于飽和氨水，可防止倒吸，
故答案為：防止氨氣溶解（或防止倒吸）；
③氨氣可溶于硫酸銅溶液、水以及硫酸中，可產(chǎn)生倒吸，氨氣為極性分子，不溶于非極性溶劑，可用CCl₄代替飽和氨水，
故答案為：c；
④缺少尾氣處理裝置，過量的NO會污染空氣；
故答案為：未反應的NO無法處理，會污染環(huán)境；

點評 本題為綜合題，主要考查硝酸的制備、性質(zhì)以及對環(huán)境的影響，題目難度中等，做題時注意實驗的原理和目的，牢固掌握實驗方法和實驗基本操作為解答該類題目的前提．