Question

氨與硝酸在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中均有重要的用途．某小組根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)原理設計了生產(chǎn)氨與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的轉化率α=

 

；若此時放出熱量為a KJ，則其熱化學方程式為

 

．
②氨氣溶于水則為氨水．已知NH₃?H₂O的電離平衡常數(shù)為Kb，計算0.1mol/L的NH₃?H₂O溶液中c（OH^-）=

 

mol/L（設平衡時NH₃?H₂O的濃度約為0.1mol/L，用含有Kb的代數(shù)式表示）．
③合成氨的原料氣H₂可來自CH₄的綜合利用：CH₄+H₂O═CO+3H₂．將CH₄設計成燃料電池，其利用率更高，裝置示意如圖一（A、B為多孔性石墨棒）．持續(xù)通入甲烷，在標準狀況下，消耗甲烷體積VL．44.8L＜V≤89.6L時，負極電極反應為

 

．

（2）以氨氣、空氣為主要原料先進行氨的催化氧化，然后制得硝酸．
①其中NO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（v）隨時間（t）變化的關系如圖二所示．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）

 

．
a．在t₁～t₂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)
b．在t₂時，采取的措施可以是升高溫度
c．在t₃～t₄時與在t₁～t₂時的平衡常數(shù)K肯定相同
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
②實際上，生成的NO₂會聚合生成N₂O₄．如果在一密閉容器中，17℃、1.01×10⁵Pa條件下，2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H＜0的平衡常數(shù)K=13.3．若改變上述體系的某個條件，達到新的平衡后，測得混合氣體中c（NO₂）=0.04mol/L，c（N₂O₄）=0.007mol/L，則改變的條件是

 

．
③硝酸廠常用如下方法處理尾氣用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂．若每9.2g NO₂和Na₂CO₃溶液反應時轉移電子數(shù)為0.1mol，則反應的離子方程式是

 

．

Answer 1

考點：反應熱和焓變,原電池和電解池的工作原理,化學平衡建立的過程,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①依據(jù)化學平衡三段式列式計算得到；求出反應的△H，寫出熱化學方程式；
②c（NH₄⁺）=c（OH^-），據(jù)Kb表達式和平衡時NH₃?H₂O的濃度可以求得；
③n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發(fā)生反應①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；根據(jù)甲烷的量計算生成的二氧化碳的量，結合反應方程式判斷反應產(chǎn)物及發(fā)生的反應；
（2）①2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g））△H＞0．反應是氣體體積減小的吸熱反應；
a、反應中氣體質(zhì)量守恒，體積不變，過程中密度不變；
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、K受溫度影響；
d、依據(jù)圖象分析容器內(nèi)NO₂的體積分數(shù)在t₃～t₄時最大；
②改變上述體系的某個條件，達到新的平衡后，根據(jù)c（NO₂）和c（N₂O₄）求出K值，K減小，說明升高了溫度，平衡逆向移動；
③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

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，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，所以氮氣的轉化率=

1 8

1

×100%=12.5%；

1

8

mol氮氣反應放熱aKJ，則1mol氮氣反應放熱8aKJ，所以熱化學方程式為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-8aKJ/mol，
故答案為：12.5%；N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-8aKJ/mol；
②據(jù)NH₃?H₂O的電離方程式可知，c（NH₄⁺）=c（OH^-），已知NH₃?H₂O的濃度約為0.1mol/L，Kb=

c(NH4+)?c(OH-)，

c(NH3?H2O)

=

[c(OH-)]2

0.1

，可得：c（OH^-）=

0.1Kb

，故答案為：

0.1Kb

；
③n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發(fā)生反應①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；
當0＜V≤44.8 L時，0＜n（CH₄）≤2mol，則0＜n（CO₂）≤2mol，只發(fā)生反應①②，且KOH過量，則電池總反應式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，
當44.8 L＜V≤89.6 L，2mol＜n（CH₄）≤4mol，則2mol＜n（CO₂）≤4mol，發(fā)生反應①②③，得到K₂CO₃和KHCO₃溶液，則負極反應式為CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-，
故答案為：CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-；
（2）①2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g））△H＞0．反應是氣體體積減小的吸熱反應；
a、反應中氣體質(zhì)量守恒，體積不變，過程中密度不變，所以，密度不變不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故a錯誤；
b、反應是吸熱反應，升溫正逆反應速率都增大，平衡正向進行，故b正確；
c、t₂時升高了溫度，K增大，所以在t₃～t₄時與在t₁～t₂時的平衡常數(shù)K不同，故c錯誤；
d、t₂時升高了溫度，平衡正向移動，t₄時減小了生成物濃度，平衡正向移動，反應物濃度相應減小，所以，容器內(nèi)NO₂的體積分數(shù)在t₃～t₄時最大，故d錯誤；
故選：b；
②改變上述體系的某個條件，達到新的平衡后，根據(jù)c（NO₂）和c（N₂O₄）求出K=4.375，K減小，說明升高了溫度，平衡逆向移動，故答案為：升高溫度．
③9.2gNO₂的物質(zhì)的量=

9.2

46

=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：本題考查范圍廣、考查知識點跨度大，包含了轉化率、熱化學方程式書寫、弱電解質(zhì)的電離平衡常數(shù)、燃料電池電極反應式書寫、影響化學反應速率和平衡移動的條件、溫度是影響化學平衡常數(shù)的唯一因素、離子方程式書寫等等，題目難度較大．