Question

3．NH₃可用于制造硝酸、純堿等，還可用于煙氣脫硝．

（1）NH₃催化氧化可制備硝酸．
①NH₃氧化時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)：
4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H₁=-907kJ•mol^-1
4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H₂=-1269kJ•mol^-1
則4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（g）△H₃=-1811.63kJ•mol^-1
②NO被O₂氧化為NO₂．其他條件不變時(shí)，NO的氧化率[α（NO）₂]₂ 與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1所示．則p₁＞  p₂（填“＞”、“＜”或 1  2“=”）；溫度高于800℃時(shí)，a（NO）幾乎為0的原因是NO₂幾乎完全分解．
（2）臭氧是理想的煙氣脫硝劑，其脫硝反應(yīng)為：2NO₂（g）+O₃?N₂O₅（g）+O₂（g）△H．不同溫度下，在三個(gè)容器中發(fā)生上述反應(yīng)，相關(guān)信息如表及圖2所示：

容器	甲	乙	丙
容積/L	1	1	2
反應(yīng)物起始量	1molO3、2molO2
		1molO3、2molNO2
			1molO3、2molN2O5
溫度/K	T1	T2	T2

下列說(shuō)法正確的是D．
A． 0～10min內(nèi)甲容器中反應(yīng)的平均速率：v（NO₂）=0.02mol•L^-1•min^-1 
B．T₁＜T₂，△H＞0
C，平衡時(shí)N₂O₅濃度：c_乙（N₂O₅）＞c_丙（N₂O₅）
D．T1K時(shí)，若起始時(shí)向容器甲中充入2molNO₂、1molO₃、2molN₂O₅和2mol O₂，則脫硝反應(yīng)達(dá)到平衡前，v（正）＜v（逆）
（3）工業(yè)上合成氨通常在反應(yīng)未達(dá)到平衡時(shí)就將反應(yīng)混合物移出合 成塔，原因是能提高單位時(shí)間內(nèi)氨的產(chǎn)量．
（4）SO 經(jīng)過(guò)凈化后與空氣混合進(jìn)行催化氧化后制取硫酸或者硫酸銨，其中SO2發(fā)生催化氧化的反應(yīng)為：2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₂（g）．若在 T₁℃、0.1MPa條件下，往一密閉容器通入 SO₂和O₂（其中 n（SO₂ ）：n（O ₂）=2：1），測(cè)得容器內(nèi)總壓強(qiáng)與反應(yīng)時(shí)間如圖3所示：
①圖中 A點(diǎn)時(shí)，SO₂的轉(zhuǎn)化率為45%．
②計(jì)算SO₂催化氧化反應(yīng)在圖中 B點(diǎn)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)   K=24300（MPa）^-1（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)，并寫上單位）．
②若在 T℃，其他條件不變的情況下測(cè)得壓強(qiáng)的變化曲線如圖所示，其中 C點(diǎn)的正反應(yīng)速率v_c（正）與 A點(diǎn)的逆反應(yīng)速率v_A（逆）的大小關(guān)系為 v_c （正）＞ v_A（逆 ） （填“＞”、“＜”、“=”）．

Answer 1

分析 （1）①4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H₁=-907.28kJ•mol^-1；②4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H₂=-1 269.02kJ•mol^-1；目標(biāo)反應(yīng)的反應(yīng)熱為：$\frac{②×5-①×3}{2}$，由此分析解答；
②溫度相同時(shí)p1的一氧化氮的氮率大，所以增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)；α（NO）幾乎為0的原因是無(wú)二氧化氮，NO₂幾乎完全分解；
（2）A． 圖象分析可知，N₂O₅（g）生產(chǎn)濃度0.5mol/L，則消耗NO₂濃度1.0mol/L，計(jì)算v（NO₂）在0～10min內(nèi)甲容器中反應(yīng)的平均速率=$\frac{△c}{△t}$；
B．先拐先平溫度高，T₁＜T₂，溫度越高N₂O₅（g）濃度越小，結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析；
C．結(jié)合三行計(jì)算列式計(jì)算濃度，化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)不能進(jìn)行徹底分析；
D．若起始時(shí)向容器甲中充入2molNO₂、1molO₃、2molN₂O₅和2mol O₂，計(jì)算濃度商Qc和平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（3）分離生成物促進(jìn)平衡正向進(jìn)行提高生產(chǎn)效率；
（4）①結(jié)合化學(xué)三行計(jì)算列式，依據(jù)圖中A點(diǎn)時(shí)，氣體物質(zhì)的量0.085，依據(jù)開(kāi)始和A點(diǎn)氣體物質(zhì)的量之比列式計(jì)算，轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
②圖中B點(diǎn)，依據(jù)化學(xué)三行列式計(jì)算，設(shè)氧氣消耗物質(zhì)的量為y，
                      2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃
起始量（mol） 2a              a               0
變化量（mol） 2y             y             2y
平衡量（mol）2a-2y        a-y           2y
B點(diǎn)氣體物質(zhì)的量為 0.007，則$\frac{2a-2y+a-y+2y}{2a+a}$=$\frac{0.07}{0.1}$
y=0.9a，
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)計(jì)算SO₂催化氧化反應(yīng)在圖中B點(diǎn)的壓強(qiáng)平衡常數(shù)；
③先拐先平溫度高，達(dá)到平衡所需時(shí)間短，溫度越高反應(yīng)速率越大．

解答 解：（1）①4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H₁=-907.28kJ•mol^-1；②4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H₂=-1 269.02kJ•mol^-1；目標(biāo)反應(yīng)的反應(yīng)熱為：$\frac{②×5-①×3}{2}$=1811.63 kJ•mol^-1，故答案為：1811.63 kJ•mol^-1；
②溫度相同時(shí)p1的一氧化氮的氮率大，所以增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，所以p₁＞p₂；α（NO）幾乎為0的原因是無(wú)二氧化氮，NO₂幾乎完全分解；
故答案為：＞；NO₂幾乎完全分解；
（2）2NO₂（g）+O₃?N₂O₅（g）+O₂（g），
A． 圖象分析可知，N₂O₅（g）生產(chǎn)濃度0.5mol/L，則消耗NO₂濃度1.0mol/L，v（NO₂）在0～10min內(nèi)甲容器中反應(yīng)的平均速率=$\frac{1.0mol/L}{10min}$0.1mol/L•min，故A錯(cuò)誤；
B．先拐先平溫度高，T₁＜T₂，溫度越高N₂O₅（g）濃度越小，說(shuō)明溫度升高平衡逆向進(jìn)行，則反應(yīng)△H＜0，故B錯(cuò)誤；
C，乙中依據(jù)化學(xué)三行計(jì)算得到，
2NO₂（g）+O₃?N₂O₅（g）+O₂（g），
 2              1         0               0
 0.8          0.4       0.4          0.4
 1.2         0.6       0.4           0.4
丙中2NO₂（g）+O₃?N₂O₅（g）+O₂（g），
                          1           2         0            
平衡時(shí)N₂O₅濃度：c_乙（N₂O₅）＜c_丙（N₂O₅），故C錯(cuò)誤；
D．若起始時(shí)向容器甲中充入2molNO₂、1molO₃、2molN₂O₅和2mol O₂，計(jì)算濃度商Qc=$\frac{2×2}{{2}^{2}×1}$=1，相當(dāng)于加入五氧化二氮反應(yīng)逆向進(jìn)行，則脫硝反應(yīng)達(dá)到平衡前，v（正）＜v（逆），故D正確；
故答案為：D．
（3）工業(yè)上合成氨通常在反應(yīng)未達(dá)到平衡時(shí)就將反應(yīng)混合物移出合成塔，促進(jìn)平衡正向進(jìn)行，能提高單位時(shí)間內(nèi)氨的產(chǎn)量，
故答案為：能提高單位時(shí)間內(nèi)氨的產(chǎn)量；
（4）①依據(jù)化學(xué)三行列式計(jì)算，設(shè)氧氣消耗物質(zhì)的量為x，
             2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃
起始量（mol） 2a        a        0
變化量（mol） 2x        x        2x
平衡量（mol）2a-2x     a-x       2x
圖中A點(diǎn)時(shí)，氣體物質(zhì)的量0.085，則$\frac{2a-2y+a-y+2y}{2a+a}$=$\frac{0.085}{0.1}$
x=0.45a
SO₂的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.45a×2}{2a}$×100%=45%，
故答案為：45%；
②圖中B點(diǎn)，依據(jù)化學(xué)三行列式計(jì)算，設(shè)氧氣消耗物質(zhì)的量為y，
             2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃
起始量（mol） 2a        a        0
變化量（mol） 2y        y        2y
平衡量（mol）2a-2y     a-y       2y
B點(diǎn)氣體物質(zhì)的量為 0.007，則$\frac{2a-2y+a-y+2y}{2a+a}$=$\frac{0.07}{0.1}$
y=0.9a，
平衡常數(shù)K=$\frac{（0.007MPa×\frac{1.8a}{0.2a+0.1a+1.8a}）^{2}}{（0.007MPa×\frac{0.2a}{0.2a+0.1a+1.8a}）^{2}×\frac{0.1a}{0.2a+0.1a+1.8a}}$=24300（MPa）^-1，
故答案為：24300（MPa）^-1；
③圖象分析可知，先拐先平溫度高則T₁＜T₂，C點(diǎn)是平衡狀態(tài)，A點(diǎn)反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，其中C點(diǎn)的正反應(yīng)速率v_C（正）與A點(diǎn)的逆反應(yīng)速率v_A（逆）的大小關(guān)系為v_C（正）＞v_A（逆）
故答案為：＞．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡、化學(xué)反應(yīng)速率影響因素的分析應(yīng)用，圖象變化和數(shù)值的計(jì)算是解題關(guān)鍵，題目難度中等．