Question

7．氨催化氧化是硝酸工業(yè)的基礎(chǔ)，按要求回答下列問題：
（1）NH₃與O₂可生成NO，其熱化學(xué)方程式可表示為：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H
已知幾種化學(xué)鍵的鍵能如表：

化學(xué)鍵	N-H		O-H	O=O
E/（kJ•mol-1）	x	y	m	n

①由此計(jì)算得出△H=12x+5n-4y-12m （用上表中字母表示）kJ•mol^-1．
②400℃時(shí)，在1L的密閉容器中加入l mol NH₃和1.5mol O₂，測(cè)得平衡時(shí)容器的壓強(qiáng)為p，且比反應(yīng)前壓強(qiáng)增大了4%，則該溫度下NH₃的轉(zhuǎn)化率為40%；該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=3.545×10^-3p（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）；達(dá)到平衡后，保持溫度不變，將反應(yīng)容器的體積增大一倍，平衡向正反應(yīng)（填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”）方向移動(dòng)，判斷理由是對(duì)氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，減小壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方程移動(dòng)．
（2）實(shí)際反應(yīng)中，在上述1L的密閉容器中加入l mol NH₃和1.5mol O₂的反應(yīng)過程中還發(fā)生4NH₃+3O₂?N₂+6H₂O反應(yīng)，有關(guān)溫度與各物質(zhì)的量關(guān)系如圖所示：
①已知400℃時(shí)，混合氣體中NH₃、N₂、NO的物質(zhì)的量比為5：6：3，則圖象中x=0.3．
②NH₃生成NO和N₂的反應(yīng)分別屬于放熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)（填“吸熱反應(yīng)”或“放熱反應(yīng)”），溫度高于840℃后，各物質(zhì)的物質(zhì)的量發(fā)生如圖所示變化的原因可能是可能是氨氣高溫分解生成氮?dú)夂蜌錃�，使氨氣氧化生成NO平衡向左移動(dòng)；NO高溫分解生成氮?dú)夂脱鯕�；氨氣和NO反應(yīng)生成氮?dú)夂退�（只答一條即可）．

Answer 1

分析 （1）①4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），反應(yīng)的焓變△H=反應(yīng)物鍵能總和-生成物的鍵能總和；
②依據(jù)化學(xué)平衡的三行式列式計(jì)算，氣體壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比，用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算平衡常數(shù)，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，達(dá)到平衡后，保持溫度不變，將反應(yīng)容器的體積增大一倍，壓強(qiáng)減小平衡向氣體體積增大的方向進(jìn)行；
（2）①在上述1L的密閉容器中加入l mol NH₃和1.5mol O₂的反應(yīng)過程中還發(fā)生4NH₃+3O₂?N₂+6H₂O反應(yīng)，400℃時(shí)，混合氣體中NH₃、N₂、NO的物質(zhì)的量比為5：6：3，結(jié)合氮元素守恒計(jì)算x；
②氨氣和氧氣的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度高于840℃后，各物質(zhì)的物質(zhì)的量發(fā)生變化，NO減小，氮?dú)庠黾�，結(jié)合化學(xué)平衡影響因素分析判斷．

解答 解：（1）①4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），反應(yīng)的焓變△H=反應(yīng)物鍵能總和-生成物的鍵能總和=12x+5n-4y-12m，
故答案為：12x+5n-4y-12m；
②400℃時(shí)，在1L的密閉容器中加入l mol NH₃和1.5mol O₂，測(cè)得平衡時(shí)容器的壓強(qiáng)為p，且比反應(yīng)前壓強(qiáng)增大了4%，設(shè)達(dá)到平衡狀態(tài)消耗氨氣物質(zhì)的量為x，
                        4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），
起始量（mol）   1                1.5               0                0
變化量（mol）   x              1.25x             x                1.5x
平衡量（mol） 1-x          1.5-1.25x           x               1.5x
（1-x+1.5-1.25x+x+1.5x）=（1+1.5）（1+4%）
x=0.4mol，
則該溫度下NH₃的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.4mol}{1mol}$×100%=40%，
平衡總物質(zhì)的量=3.5mol，
用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=$\frac{（p×\frac{1.5×0.4}{3.5}）^{6}（p×\frac{0.4}{3.5}）^{4}}{（p×\frac{0.6}{3.5}）^{4}（p×\frac{1.5-1.25×0.4}{3.5}）^{5}}$=3.545×10^-3p，
反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量增大，達(dá)到平衡后，保持溫度不變，將反應(yīng)容器的體積增大一倍，壓強(qiáng)減小平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，
故答案為：40%；3.545×10^-3p；正反應(yīng)，對(duì)氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，減小壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方程移動(dòng)；
（2）①在上述1L的密閉容器中加入l mol NH₃和1.5mol O₂的反應(yīng)過程中還發(fā)生4NH₃+3O₂?N₂+6H₂O反應(yīng)，已知400℃時(shí)，混合氣體中NH₃、N₂、NO的物質(zhì)的量比為5：6：3，結(jié)合氮元素守恒計(jì)算，5y+6y×2+3y=1
y=0.05
氮?dú)馕镔|(zhì)的量=6y=0.05mol×6=0.3mol，
x=0.3
故答案為：0.3；
②上述計(jì)算分析可知，NH₃生成NO和N₂的反應(yīng)分別屬于放熱反應(yīng)，溫度高于840℃后，各物質(zhì)的物質(zhì)的量發(fā)生如圖所示變化，NO減小，N₂物質(zhì)的量增大，可能是氨氣高溫分解生成氮?dú)夂蜌錃�，使氨氣氧化生成NO平衡向左移動(dòng)；NO高溫分解生成氮?dú)夂脱鯕�；氨氣和NO反應(yīng)生成氮?dú)夂退��?br />故答案為：放熱反應(yīng)，放熱反應(yīng)；可能是氨氣高溫分解生成氮?dú)夂蜌錃�，使氨氣氧化生成NO平衡向左移動(dòng)；NO高溫分解生成氮?dú)夂脱鯕�；氨氣和NO反應(yīng)生成氮?dú)夂退��?/p>

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡影響因素、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、圖象比較、數(shù)據(jù)處理等知識(shí)點(diǎn)，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．