Question

1．氨氣是一種重要的化工原料，在很多方面具有重要用途． SNCR-SCR就是一種應(yīng)用氨氣作為原料的新型的煙氣脫硝技術(shù)（除去煙氣中的NO_x），其流程如圖1：

（1）反應(yīng)2NO+2CO?2CO₂+N₂能夠自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的△H＜0
（填“＞”或“＜”）．
（2）SNCR-SCR流程中發(fā)生的主要反應(yīng)有：
4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1627.2kJ•mol^-1；
6NO（g）+4NH₃（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1807.0kJ•mol^-1；
6NO₂（g）+8NH₃（g）?7N₂（g）+12H₂O（g）△H=-2659.9kJ•mol^-1；
反應(yīng)N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）的△H=+179.8kJ•mol^-1．
（3）NO和NH₃在Ag₂O催化劑表面的反應(yīng)活性隨溫度的變化曲線見(jiàn)圖2．

①由圖可以看出，脫硝工藝流程應(yīng)在有氧（填“有氧”或“無(wú)氧”）條件下進(jìn)行．
②隨著反應(yīng)溫度的進(jìn)一步升高，在有氧的條件下NO的轉(zhuǎn)化率明顯下降的可能原因是溫度升高，發(fā)生了副反應(yīng)：4NH₃+5O₂═4NO+6H₂O或者溫度升高，NO_x和NH₃反應(yīng)的化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)．
（4）實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)制氨的過(guò)程，探究條件對(duì)平衡的影響．
Ⅰ．現(xiàn)有兩容器，甲是容積可變的容器，乙是容積固定為2L的密閉容器，分別向甲、乙兩容器中均充入N₂0.6mol，H₂0.5mol，在一定溫度下進(jìn)行N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
△H=-92.4kJ/mol反應(yīng)，t₁時(shí)達(dá)到平衡，甲容器中N₂的轉(zhuǎn)化率為$\frac{1}{6}$，體積為1L．
①該溫度時(shí)甲容器中平衡體系的平衡常數(shù)是10．
②若保持甲容器的溫度和壓強(qiáng)不變，向甲容器的平衡體系再中通入0.9mol N₂，則平衡將逆向（填“正向”、“逆向”或“不”）移動(dòng)．
③若達(dá)平衡時(shí)要使甲、乙兩容器中NH₃的體積分?jǐn)?shù)相同，可以采取的措施是BD．
A．保持溫度不變，將乙容器內(nèi)的壓強(qiáng)增加到原來(lái)的1.5倍
B．保持溫度不變，向乙容器中再充入0.6mol N₂和0.5mol H₂
C．升高乙容器的溫度
D．保持甲容器的體積為1L不變，升高甲容器的溫度
Ⅱ．若改用圖3裝置針對(duì)氨的分解（2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g））進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，其中P是可自由平行滑動(dòng)的活塞．在相同溫度時(shí)，向A容器中充入4mol NH₃（g），關(guān)閉K，向B容器中充入2molNH₃（g），兩容器分別發(fā)生反應(yīng)．
已知起始時(shí)容器A和B的體積均為aL．試回答：
①反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)容器B的體積為1.2a L，容器B中NH₃轉(zhuǎn)化率為20%．
②若打開(kāi)K，一段時(shí)間后重新達(dá)到平衡，容器B的體積為2.6aL（連通管中氣體體積忽略不計(jì)，且不考慮溫度的影響）．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)2NO+2CO?2CO₂+N₂是熵增的反應(yīng)，△G=△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
（2）已知：①4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1627.2kJ•mol^-1；
②6NO（g）+4NH₃（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1807.0kJ•mol^-1；
③6NO₂（g）+8NH₃（g）?7N₂（g）+12H₂O（g）△H=-2659.9kJ•mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律，①-②可得：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）；
（3）①?gòu)膱D上可知，有氧情況下，NO轉(zhuǎn)化率高；
②反應(yīng)4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1627.2kJ•mol^-1是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向移動(dòng)，溫度升高時(shí)還會(huì)發(fā)生氨氣的催化氧化；
（4）Ⅰ．①t₁時(shí)達(dá)到平衡，甲容器中N₂的轉(zhuǎn)化率為$\frac{1}{6}$，轉(zhuǎn)化的氮?dú)鉃?.1mol，則：
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：0.6    0.5        0
變化量（mol）：0.1    0.3        0.2
平衡量（mol）：0.5    0.2        0.2
體積為1L，用物質(zhì)的量代替濃度代入K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$計(jì)算；
②若保持甲容器的溫度和壓強(qiáng)不變，向甲容器的平衡體系再中通入0.9mol N₂，此時(shí)容器的容積為1L×$\frac{0.9mol+0.9mol}{0.9mol}$=2L，再計(jì)算濃度商Qc，與平衡常數(shù)比較判斷；
③甲為恒溫恒壓，乙為恒溫恒容，平衡時(shí)乙中壓強(qiáng)減小，乙等效為在甲平衡基礎(chǔ)壓強(qiáng)減小，平衡逆向移動(dòng)，則平衡時(shí)甲器中NH₃的體積分?jǐn)?shù)較大，若達(dá)平衡時(shí)要使甲、乙兩容器中NH₃的體積分?jǐn)?shù)相同，二者為等效平衡．
A．保持溫度不變，將乙的體積壓縮到1L，即壓強(qiáng)增大一倍，與甲平衡等效；
B．保持溫度不變，向乙容器中再充入0.6mol N₂和0.5mol H₂，等效為開(kāi)始加入1.2mol氮?dú)狻?mol氫氣，進(jìn)一步等效為乙中壓強(qiáng)增大一倍；
C．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，氨氣體積分?jǐn)?shù)更��；
D．保持甲容器的體積為1L不變，升高甲容器的溫度，平衡逆向進(jìn)行，可以達(dá)到和乙容器中氨氣體積分?jǐn)?shù)相同；
Ⅱ．①B為恒溫恒壓條件下，容器的容積與氣體的物質(zhì)的量成正比，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)容器B的體積為1.2a L，說(shuō)明達(dá)到平衡時(shí)氣體的物質(zhì)的量為反應(yīng)前的1.2倍，即平衡時(shí)混合氣體的物質(zhì)的量為2.4mol，設(shè)反應(yīng)消耗的氨氣為xmol，則：
           2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）
起始量（mol）：2        0       0
變化量（mol）：x        0.5x    1.5x
平衡量（mol）：2-x      0.5x    1.5x
則2-x+0.5x+1.5x=2.4，解得x=0.4，進(jìn)而計(jì)算氨氣的轉(zhuǎn)化率；
②若打開(kāi)K，一段時(shí)間后重新達(dá)到平衡，在恒溫恒壓條件下，與向B中通入6mol氨氣達(dá)到的平衡為等效平衡，平衡時(shí)氨氣的轉(zhuǎn)化率不變，平衡時(shí)體積為通入2mol氨氣平衡時(shí)體積的3倍．

解答 解：（1）反應(yīng)2NO+2CO?2CO₂+N₂是熵增的反應(yīng)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，△H-T△S＜0，則該反應(yīng)的△H＜0，故答案為：＜；
（2）①4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1627.2kJ•mol^-1；
②6NO（g）+4NH₃（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1807.0kJ•mol^-1；
③6NO₂（g）+8NH₃（g）?7N₂（g）+12H₂O（g）△H=-2659.9kJ•mol^-1；
依據(jù)蓋斯定律①-②得到N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+179.8kJ•mol^-1；
故答案為：+179.8；
（3）①?gòu)膱D上可知，有氧情況下，NO轉(zhuǎn)化率高，故答案為：有氧；
②反應(yīng)4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1627.2kJ•mol^-1是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向移動(dòng)，溫度升高時(shí)還會(huì)發(fā)生氨氣的催化氧化，
故答案為：溫度升高，發(fā)生了副反應(yīng)：4NH₃+5O₂═4NO+6H₂O或者溫度升高，NO_x和NH₃反應(yīng)的化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
（4）Ⅰ．①t₁時(shí)達(dá)到平衡，甲容器中N₂的轉(zhuǎn)化率為$\frac{1}{6}$，轉(zhuǎn)化的氮?dú)鉃?.1mol，則：
           N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：0.6   0.5        0
變化量（mol）：0.1   0.3        0.2
平衡量（mol）：0.5   0.2        0.2
體積為1L，可以用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算平衡常數(shù)，則K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0．{2}^{2}}{0.5×0．{2}^{3}}$=10，
故答案為：10；
②若保持甲容器的溫度和壓強(qiáng)不變，向甲容器的平衡體系再中通入0.9mol N₂，此時(shí)容器的容積為1L×$\frac{0.9mol+0.9mol}{0.9mol}$=2L，濃度商Qc=$\frac{（\frac{0.2}{2}）^{2}}{\frac{1.4}{2}×（\frac{0.2}{2}）^{3}}$=14.3＞10，平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，
故答案為：逆向；
③甲為恒溫恒壓，乙為恒溫恒容，平衡時(shí)乙中壓強(qiáng)減小，乙等效為在甲平衡基礎(chǔ)壓強(qiáng)減小，平衡逆向移動(dòng)，則平衡時(shí)甲器中NH₃的體積分?jǐn)?shù)較大，若達(dá)平衡時(shí)要使甲、乙兩容器中NH₃的體積分?jǐn)?shù)相同，二者為等效平衡．
A．保持溫度不變，將乙的體積壓縮到1L，即壓強(qiáng)增大一倍，與甲平衡等效，若壓強(qiáng)增加到原來(lái)的1.5倍，不是原平衡2倍，等效為再甲平衡基礎(chǔ)上降低壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，氨氣的體積分?jǐn)?shù)比甲中大，故A錯(cuò)誤；
B．保持溫度不變，向乙容器中再充入0.6mol N₂和0.5mol H₂，等效為開(kāi)始加入1.2mol氮?dú)狻?mol氫氣，進(jìn)一步等效為乙中壓強(qiáng)增大一倍，與甲為等效平衡，故B正確；
C．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，所以升高乙容器的溫度，氨氣體積分?jǐn)?shù)更小；
D．保持甲容器的體積為1L不變，升高甲容器的溫度，平衡逆向進(jìn)行，可以達(dá)到和乙容器中氨氣體積分?jǐn)?shù)相同，故D正確，
故選：BD；
Ⅱ．①B為恒溫恒壓條件下，容器的容積與氣體的物質(zhì)的量成正比，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)容器B的體積為1.2a L，說(shuō)明達(dá)到平衡時(shí)氣體的物質(zhì)的量為反應(yīng)前的1.2倍，即平衡時(shí)混合氣體的物質(zhì)的量為2.4mol，設(shè)反應(yīng)消耗的氨氣為xmol，則：
           2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）
起始量（mol）：2        0       0
變化量（mol）：x        0.5x    1.5x
平衡量（mol）：2-x      0.5x    1.5x
則2-x+0.5x+1.5x=2.4，解得x=0.4，則氨氣的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.4mol}{2mol}$×100%=20%，
故答案為：20%；
②若打開(kāi)K，一段時(shí)間后重新達(dá)到平衡，在恒溫恒壓條件下，與向B中通入6mol氨氣達(dá)到的平衡為等效平衡，平衡時(shí)氨氣的轉(zhuǎn)化率不變，平衡時(shí)體積為通入2mol氨氣平衡時(shí)體積的3倍，則平衡時(shí)總體積為1.2aL×3=3.6aL，故B的體積為3.6aL-aL=2.6aL，
故答案為：2.6a．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡影響因素、等效平衡、反應(yīng)熱計(jì)算等，注意對(duì)等效平衡思想的理解應(yīng)用，難度較大．