Question

硝酸是一種重要的化工原料，工業(yè)上生成硝酸的主要方法如下：
（1）以N₂和H₂為原料合成氨氣．若在0.5L的密閉容器中加入一定量的氮氣和氫氣進行反應；N₂+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，其化學平衡常數(shù)K與溫度t的關系如下：

t/℃	200	300	400
K	K1	K2	0.5

①比較K₁、K₂的大�。篕₁

 

K₂（填寫“＞”、“=”或“＜”）．
②在400℃時該反應進行一段時間后，測得N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量分別為2mol、1mol、2mol，則此時反應v（N₂）_正

 

v（N₂）_逆（填寫“＞”、“＜”“=”或“不能確定”）．
③下列研究目的與對應的圖象相符的是

 

．

	A	B	C	D
研究目的	壓強對反應的影響（P1＞P2）	溫度對反應的影響	平衡體系增加N2對反應的影響	催化劑對反應的影響
圖象

④一定溫度下，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

11

12

，則N₂的轉(zhuǎn)化率為

 

．
（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的化學方程式是

 

．
②800℃時在體積為2L密閉容器中發(fā)生反應2NO（g）+O₂（g）?2NO（g），n（NO）隨時間的變化如表：

時間（s）	0	1	2	3	4	5
n（NO）（mol）	0.020	0.010	0.008	0.007	0.007	0.007

圖中表示NO₂濃度的變化曲線是

 

（填序號），用O₂表示從0～2s內(nèi)該反應的平均速率v（O₂）=

 

．
（3）硝酸廠常用如下方法處理尾氣催化還原法：用CH₄催化還原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染．
已知：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol
H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44kJ/mol
寫出CH₄與NO₂反應生成N₂、CO₂和液態(tài)水的熱化學方程式

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,熱化學方程式,化學平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行，平衡常數(shù)減��；
②計算此時濃度商和該溫度下的平衡常數(shù)比較分析判斷反應進行的方向；
③A、依據(jù)先拐先平壓強大分析，P₁＞P₂，壓強越大平衡正向進行方向；
B、反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行；
C、增加氮氣濃度正反應速率瞬間增大，此時逆反應速率不變；
D、催化劑改變反應速率不改變化學平衡；
④利用壓強之比等于物質(zhì)的量之比計算平衡時反應混合物的總的物質(zhì)的量，再利用差量法計算參加反應的氮氣的物質(zhì)的量，利用定義計算N₂的轉(zhuǎn)化率；
（2）①NH₃被氧氣催化氧化生成NO和水；
②NO₂是產(chǎn)物，隨反應進行濃度增大，平衡時濃度為NO濃度的變化量△c（NO）；根據(jù)v=

△c

△t

計算v（NO），再利用速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v（O₂）；
（3）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到．

解答： 解：（1）①N₂+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行，平衡常數(shù)減小，則K₁＞K₂，故答案為：＞；
②計算此時濃度商和該溫度下的平衡常數(shù)比較分析判斷反應進行的方向，Q=

( 2mol 0.5L )2

2mol 0.5L ×( 1mol 0.5L )3

=0.5=K，說明反應達到平衡狀態(tài)，v（N₂）_正=v（N₂）_逆；
故答案為：=；
③A、依據(jù)先拐先平壓強大分析，P₁＞P₂，壓強越大平衡正向進行方向，氨氣體積分數(shù)增大，故A錯誤；
B、反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行，氮氣轉(zhuǎn)化率減小，故B錯誤；
C、增加氮氣濃度正反應速率瞬間增大，此時逆反應速率不變，隨反應進行正反應速率減小，逆反應速率增大最后達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D、催化劑改變反應速率不改變化學平衡，反應前后氣體體積改變，壓強改變，加入催化劑混合氣體壓強不變，故D錯誤；
故選C；
④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

11

12

，則減少的物質(zhì)的量為（1+3）mol×（1-

11

12

）=

1

3

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

1

3

  
故n（N₂）=

1

6

=，所以氮氣的轉(zhuǎn)化率=

1 6 mol

1mol

×=16.7%；
故答案為：16.7%；
（2）①NH₃被氧氣催化氧化生成NO和水，反應的化學方程式為：4NH₃+5O₂

催化劑 .

△

4NO+6H₂O；
故答案為：4NH₃+5O₂

催化劑 .

△

4NO+6H₂O；
②NO₂是產(chǎn)物，隨反應進行濃度增大，平衡時濃度為NO濃度的變化量△c（NO）=

0.02mol-0.007mol

2L

=0.0065mol/L，所以圖中表示NO₂變化的曲線是b，
2s內(nèi)用NO表示的平均反應速率v（NO）=

△n V

△t

=

0.020mol-0.008mol 2L

2s

=3.0×10^-3mol?L^-1?s^-1，速率之比等于化學計量數(shù)之比，
所以v（O₂）=

1

2

v（NO）=

1

2

×3.0×10^-3mol?L^-1?s^-1=1.5×10^-3mol?L^-1?s^-1；
故答案為：b；1.5×10^-3 mol?L^-1?s^-1；
（3）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
依據(jù)蓋斯定律（①+②+③×4）÷2得到：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ?mol^-1；
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ?mol^-1．

點評：本題考查了化學平衡常數(shù)、化學反應速率影響因素分析，反應方向的計算判斷，圖象理解應用，熱化學方程式書寫方法，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．