Question

20．工業(yè)上以氨氣為原料（鉑銠合金網(wǎng)為催化劑）催化氧化法制硝酸的過程如下：

（1）已知反應(yīng)一經(jīng)發(fā)生，鉑銠合金網(wǎng)就會處于紅熱狀態(tài)．寫出氨催化氧化的化學(xué)方程式4NH₃+5O₂ $\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O；當(dāng)溫度升高時，化學(xué)平衡常數(shù)K值減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”、“無影響”）．
（2）硝酸廠尾氣常用的處理方法是催化還原法：催化劑存在時用H₂將NO₂還原為N₂．已知：
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=akJ/mol
N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H=bkJ/mol
H₂O（1）═H₂O（g）△H=ckJ/mol
則反應(yīng)2NO₂（g）+4H₂（g）=N₂+H₂O（1）的△H=（2a-b-4c）kJ/mol．（用a、b、c表示）
（3）①合成氨反應(yīng)的化學(xué)方程式為N₂+3H₂?2NH₃該反應(yīng)在固定容積的密閉容器中進(jìn)行．下列各項標(biāo)志著該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是BC（填序號）．
A．容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃的濃度之比為l：3：2
B．3v_正（N₂）=v_逆（H₂）
C．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
D．混合氣體的相對分子質(zhì)量保持不變
E.1molN≡N鍵斷裂，同時1molH-H鍵斷裂
②若在恒溫條件下，將N₂與H₂按一定比例混合通入一個容積為2L固定容積的密閉容器中，5min后反應(yīng)達(dá)平衡時，n（N₂）=1mol，n（H₂）=1mol，n（NH₃）=2mol，則反應(yīng)速率v（N₂）=0.1mol/（L•min），H₂的平衡轉(zhuǎn)化率=75%．

Answer 1

分析 （1）在一定條件下氨氣與氧氣反應(yīng)生成一氧化氮和水；平衡常數(shù)，對于吸熱反應(yīng)，隨著溫度的升高，K增大，對于放熱反應(yīng)，隨著溫度的升高，K減��；
（2）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)熱也處于相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的加減求解；
（3）①根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征分析，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、質(zhì)量、體積分?jǐn)?shù)以及百分含量不變；
②結(jié)合化學(xué)平衡上計算列式計算，反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$，轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%．

解答 解：（1）氨催化氧化的產(chǎn)物是一氧化氮和水，是工業(yè)生產(chǎn)硝酸獲得一氧化氮的反應(yīng)，化學(xué)方程式為4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O．平衡常數(shù)隨溫度變化，已知反應(yīng)一經(jīng)發(fā)生，鉑銠合金網(wǎng)就會處于紅熱狀態(tài)．可知反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨著溫度的升高，K減小，
故答案為：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O，減小；
（2）已知：①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=a kJ•mol^-1
②N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=b kJ•mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=c kJ•mol^-1
則反應(yīng)2NO₂（g）+4H₂（g）=N₂（g）+4H₂O（l）的△H，由蓋斯定律可知，①×2-②-4×③得△H=（2a-b-4c）kJ/mol，
故答案為：（2a-b-4c）kJ/mol；
（3）①A．反應(yīng)平衡時各物質(zhì)的濃度是否相等，取決于起始時各物質(zhì)的量的關(guān)系和轉(zhuǎn)化的程度，故A錯誤；
B．反應(yīng)達(dá)到平衡時，正逆反應(yīng)速率相等，3v_正（N₂）=v_逆（H₂），v_正（N₂）表示消耗N₂的速率，v_逆（H₂）表示生成H₂的速率，且v_正（N₂）：v_逆（H₂）=1：3，充分說明向兩個相反方向進(jìn)行的程度相當(dāng)，故B正確；
C．該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積有變化的反應(yīng)，所以達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，該容器中的壓強(qiáng)不再變化時，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．根據(jù)質(zhì)量守恒，反應(yīng)前后混合氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，不能證明該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
E．無論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，只要斷裂1mol N≡N鍵斷裂同時，就斷裂3molH-H鍵，故E錯誤；故選B、C，
故答案為：BC；
②5分鐘后反應(yīng)達(dá)平衡時，n（N₂）=1mol，n（H₂）=1mol，n （NH₃）=2mol，
設(shè)參加反應(yīng)的氮氣的物質(zhì)的量為x，則參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為3x，則
                        N₂ +3H₂ ?2NH₃
起始量（mol）  2         4          0
變化量（mol） 1          3           2
平衡量（mol） 1          1           2       
反應(yīng)速率V（N₂）═$\frac{\frac{1mol}{2L}}{5min}$=0.1mol/（L•min），
氫氣轉(zhuǎn)化率=$\frac{3mol}{4mol}$×100%=75%，
故答案為：0.1mol/（L•min）；75%．

點評 本題考查了化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、有關(guān)化學(xué)平衡的計算、蓋斯定律的運(yùn)用等，綜合性強(qiáng)，解題時須注意判斷平衡狀態(tài)的標(biāo)志和角度，計算時須注意方程式中氣體的化學(xué)計量數(shù)關(guān)系，題目難度中等．