Question

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  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(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)是原來的15/16，則N₂的轉(zhuǎn)化率a₁=

 

；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a₂，則a₂

 

a₁（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）以氨氣、空氣為主要原料制硝酸．
①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（v）隨時(shí)間（t）變化的關(guān)系如圖1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)）

 

．

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)，采取的措施一定是升高溫度
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t₀～t₅時(shí)，容器內(nèi)NO₂的體積分?jǐn)?shù)在t₃時(shí)值的最大
②積相同、溫度分別為T₁和T₂的兩個(gè)密閉容器中分別充入等量NO₂發(fā)生反應(yīng)：
2NO₂ （g）?N₂O₄（g）△H＜0．恒溫恒容下反應(yīng)相同時(shí)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a₁

 

a₂
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(shí)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(yīng)的熱化學(xué)方程式是

 

．
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(yīng)時(shí)轉(zhuǎn)移電子數(shù)為0.1mol，則反應(yīng)的離子方程式是

 

．
（4）CO可用于合成甲醇，反應(yīng)方程式為：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示．該反應(yīng)△H

 

0（填“＞”或“＜”）．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)的變化曲線

專題：

分析：（1）反應(yīng)的方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算得到；恒壓容器中壓強(qiáng)大于恒容容器中，平衡正向進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率增大；
（2）①a．該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，恒溫恒容下條件下，壓強(qiáng)不變，說明到達(dá)平衡；
b．該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)進(jìn)行；
c．恒容條件下，反應(yīng)混合氣體的總質(zhì)量不變，密度始終不變；
d．由圖可知，在t₂時(shí)，改變條件平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，t₃時(shí)到達(dá)平衡，t₄時(shí)瞬間正反應(yīng)速率不變，逆反應(yīng)速率減小，平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，應(yīng)是NO₂降低的濃度；
②升高溫度平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，平衡時(shí)二氧化氮的含量增大，溫度越高反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時(shí)間越短，據(jù)此作出二氧化氮含量與時(shí)間關(guān)系草圖，據(jù)此判斷．
（3）①根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)并進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算；
②根據(jù)n=

m

M

計(jì)算NO₂的物質(zhì)的量，反應(yīng)中只有NO₂中N元素化合價(jià)發(fā)生變化，發(fā)生歧化反應(yīng)，有生成NO₃^-，根據(jù)注意電子數(shù)計(jì)算生成NO₃^-的物質(zhì)的量，再根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算N元素在還原產(chǎn)物中的化合價(jià)，判斷還原產(chǎn)物，據(jù)此書寫；
（4）從橫坐標(biāo)上一點(diǎn)，畫一條平行于縱坐標(biāo)的虛線，看相同壓強(qiáng)下不同溫度時(shí)CO的平衡轉(zhuǎn)化率，溫度越低轉(zhuǎn)化率越低，說明，升溫時(shí)平衡向逆向移動(dòng)．

解答： 解：（1）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始（mol） 1        3       0
轉(zhuǎn)化（mol） x        3x      2x
平衡（mol）1-x       3-3x    2x

1-x+3-3x+2x

1+3

=

15

16

，
x=0.125，
N₂的轉(zhuǎn)化率a₁=

0.125mol

1mol

×100%=12.5%，
正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，容器壓強(qiáng)恒定，相當(dāng)于在恒容的條件下增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率增大，所以a₂＞a₁，
故答案為：12.5%；＞；
（2）①a．該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，恒溫恒容下條件下，壓強(qiáng)不變，說明到達(dá)平衡，故a正確；
b．正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，在t₂時(shí)，正、逆速率都增大，且正反應(yīng)速率增大更多，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，但該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡也向正反應(yīng)進(jìn)行，故t₂時(shí)為升高溫度或增大壓強(qiáng)，故b錯(cuò)誤；
c．恒容條件下，反應(yīng)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(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d．由圖可知，在t₂時(shí)，改變條件平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，t₃時(shí)到達(dá)平衡，t₄時(shí)瞬間正反應(yīng)速率不變，逆反應(yīng)速率減小，平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，應(yīng)是NO₂降低的濃度，故容器內(nèi)NO₂的體積分?jǐn)?shù)在t₃時(shí)值的最大，故d正確；
故選ad；
②升高溫度平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，平衡時(shí)二氧化氮的含量增大，溫度越高反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡的時(shí)間越短，據(jù)此作出二氧化氮含量與時(shí)間關(guān)系草圖為，由圖可知，t₁時(shí)刻a₁=a₂，t₁時(shí)刻之前a₁＞a₂，t₁時(shí)刻之后a₁＜a₂，故答案為：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
由蓋斯定律可知，Ⅰ×2-Ⅱ得4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g），
故△H=2×（-483.5kJ/mol）-133kJ/mol=-1100kJ/mol，
故熱化學(xué)方程式為：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；
②9.2gNO₂的物質(zhì)的量=

9.2g

46g/mol

，反應(yīng)中只有NO₂中N元素化合價(jià)發(fā)生變化，發(fā)生歧化反應(yīng)，有生成NO₃^-，
0.2mol二氧化氮轉(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

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(jià)為x價(jià)，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(shí)反應(yīng)生成CO₂，故二氧化氮和碳酸鈉溶液反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂，故答案為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂；
（4）從橫坐標(biāo)上一點(diǎn)，畫一條平行于縱坐標(biāo)的虛線，看相同壓強(qiáng)下不同溫度時(shí)CO的平衡轉(zhuǎn)化率，溫度越低轉(zhuǎn)化率越低，說明，升溫時(shí)平衡向逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，故答案為：＜．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道很好的綜合試題，適合當(dāng)前的高考思路，綜合性強(qiáng)．同時(shí)考查了學(xué)生的識(shí)圖能力．這是學(xué)生必備的能力，題目難度中等．