Question

（2010?西城區(qū)二模）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1mol N₂和3mol H₂發(fā)生反應．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

15

16

，則N₂的轉(zhuǎn)化率α₁=

12.5%

；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

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=-483.6kJ/mol
N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ/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=-1034.9kJ/mol

．
②堿液吸收法：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

2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂

．

Answer 1

分析：（1）①轉(zhuǎn)化率是消耗量占起始量的百分比；
a、催化劑改變反應速率不改變化學平衡；
b、增大壓強平衡向氣體體積縮小的方向進行；
c、分離出氨氣平衡正向進行；
d、反應是放熱反應升溫平衡逆向進行；
②依據(jù)化學平衡三段式列式計算得到；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氨氣的催化氧化生成一氧化氮和水，依據(jù)原子守恒配平寫出；
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g））△H＞0．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）①依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
②根據(jù)n=

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．

解答：解：（1）①、a．選擇適當?shù)拇呋瘎�，加快反應速率，不影響平衡移動，H₂的轉(zhuǎn)化率不變，故a錯誤；
b．增大壓強，平衡向正反應移動，H₂的轉(zhuǎn)化率增大，故b正確；
c．及時分離生成的NH₃，生成物濃度降低，平衡向正反應移動，H₂的轉(zhuǎn)化率增大，故c正確；
d．升高溫度，平衡向逆反應移動，H₂的轉(zhuǎn)化率降低，故d錯誤；
故答案為：bc；
②壓強之比等于物質(zhì)的量之比，達到平衡狀態(tài)時，容器內(nèi)的壓強是原來的

15

16

，則減少的物質(zhì)的量為（1+3）mol×（1-

15

16

）=

1

4

mol，則：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）  物質(zhì)的量減少△n
1                               2
n（N₂）                         

1

4

                 
故n（N₂）=

1

8

mol，所以氮氣的轉(zhuǎn)化率=

1 8

1

×100%=12.5%，
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：12.5%；＞；
（2）①氨氣的催化氧化反應方程式為：4NH₃+5O₂

催化劑 .

△

4NO+6H₂O，故答案為：4NH₃+5O₂

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）①已知：Ⅰ、2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
Ⅱ、N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+67.7kJ/mol
由蓋斯定律可知，Ⅰ×2-Ⅱ得4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g），
故△H=2×（-483.6kJ/mol）-67.7kJ/mol=-1034.9kJ/mol，
故熱化學方程式為：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1034.9kJ/mol，
故答案為：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1034.9kJ/mol；
②9.2gNO₂的物質(zhì)的量=

9.2

46

mol=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^-，
0.2mol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．

點評：本題考查化學平衡的有關計算、化學平衡的影響因素與平衡圖象、熱化學方程式書寫、氧化還原反應等，題目綜合性較大，難度較大，注意（2）中③利用含量-時間草圖進行理解，討論是否到達平衡，根據(jù)各情況判斷．