Question

工业生产硝酸的流程图如下：

请回答下列问题：
（1）写出硝酸在工农业生产中的重要作用

 

（任写一条）．
（2）已知N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.4kJ?mol^-1．请回答：
①当合成氨反应达到平衡后，改变某一外界条件（不改变N₂、H₂和NH₃的量），反应速率与时间的关系如右图所示．图中t_l时引起平衡移动的条件可能是

 

．
其中表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段时间是

 

．
②温度为T℃时，将2a mol H₂和a mol N₂放入0.5L密闭容器中，充分反应后测得N₂的转化率为50%．则该反应的化学平衡常数的为

 

．
（3）氨催化氧化的化学方程式为

 

，该反应是放热反应，当温度升高时，反应的化学平衡常数K值

 

（增大、减小、无影响）．
（4）今年“两会”后，党和国家更加重视环保．工业上常用纯碱溶液来吸收硝酸厂尾气中的二氧化氮，吸收产物中有亚硝酸钠、硝酸钠和二氧化碳，该化学方程式为

 

；还可以利用氢气在催化剂下把氮的氧化物还原为

 

和水．

Answer 1

分析：（1）硝酸是强酸，含有植物生长所需的氮元素，可作化肥，硝酸可制炸药等，据此分析解答；
（2）①根据图象可知正反应和逆反应同时增大，且正反应比逆反应增加得快，结合影响平衡移动的因素解答；根据图象中平衡段t₀-t₁、t₂-t₃、t₄-t₅、t₅-t₆分析解答，t₄-t₅指反应向逆反应方向进行后达到的平衡；
②平衡常数指各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，依据化学方程式和平衡常数的概念写出该反应的化学平衡常数；
（3）在一定条件下氨气与氧气反应生成一氧化氮和水；平衡常数指各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值；根据该反应为放热反应判断温度升高K值变化；
（4）纯碱溶液吸收NO₂，生成亚硝酸盐、硝酸盐，根据化合价升降法配平；利用氢气在催化剂下把氮的氧化物还原发生4H₂+2NO₂

催化剂  .

=4H₂O+N₂，据此分析解答．

解答：解：（1）植物生长需氮元素，硝酸可以和氨气反应生成硝酸铵作肥料，有机合成中用硝酸制取硝基化合物，国防工业制炸药，工业生产中溶解金属，
故答案为：化肥、有机化工（染料、制药、照相材料、颜料、塑料、合成纤维）或者国防工业（炸药）；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）该反应正反应为体积缩小的反应、放热反应，当合成氨反应达到平衡后，改变某一外界条件（不改变N₂、H₂和NH₃的量），根据图象可知正反应比逆反应增加得快，说明平衡向正反应方向移动，能向正反应方向移动的有降温、增大压强，减小生成物浓度，但正反应和逆反应同时增大，不可能是降低温度和减小生成物浓度，只能是增大压强；图中t₀-t₁、t₂-t₃、t₄-t₅、t₅-t₆均已达到平衡，但t₀-t₁、t₂-t₃，是正向进行达到平衡，而t₄-t₅、t₅-t₆是逆向达到平衡，所以表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段时间是t₂-t₃，
故答案为：增大压强；t₂-t₃； 
②平衡常数指各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值；温度为T℃时，将2a mol H₂和a mol N₂放入0.5L密闭容器中，充分反应后测得N₂的转化率为50%，物质浓度发生的变化如下：
                 N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始浓度（mol/L） 2a     4a         0
变化浓度（mol/L） a      3a         2a
平衡浓度（mol/L） a      a           2a        
该反应的平衡常数为：k=

C2(NH3)

C(N2)×C3(H2)

=

( 2a )2

a ×a3

=

4

a2

，
故答案为：

4

a2

；
（3）氨催化氧化的产物是一氧化氮和水，是工业生产硝酸获得一氧化氮的一步反应，化学方程式为4NH₃+5O₂

Pt-Rh  .

△

4NO+6H₂O；平衡常数指各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值；K=

C4(NO)×C6(H2O)

C4(NH3)×C5(O2)

，该反应为放热反应，升高温度，平衡向着逆向移动，化学平衡常数减小，
故答案为：4NH₃+5O₂

Pt-Rh  .

△

4NO+6H₂O；减小；
（4）纯碱和二氧化氮反应，生成亚硝酸盐、硝酸盐，根据化合价升降相等，配平反应的方程式，2NO₂+Na₂CO₃=NaNO₃+NaNO₂+CO₂；氢气和二氧化氮反应4H₂+2NO₂

催化剂  .

=4H₂O+N₂，
故答案为：2NO₂+Na₂CO₃=NaNO₃+NaNO₂+CO₂；氮气．

点评：本题主要考查化学平衡的影响因素、化学平衡平衡常数的应用等知识，掌握平衡移动与图象的关系是解答的关键，题目难度中等．