Question

13．硝酸是一种重要的化工原料，工业上生产硝酸的主要过程如下．
（1）以N₂和H₂为原料合成氨气．反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0．
①下列有关反应速率的叙述，正确的是abd（选填序号）．
a．升高温度可增大活化分子百分数，加快反应速率
b．增大压强不能增大活化分子百分数，但可以加快反应速率
c．使用催化剂可以使反应物分子平均能量升高，加快反应速率
d．在质量一定的情况下，催化剂颗粒的表面积大小，对反应速率有显著影响
②一定温度下，在密闭容器中充入1mol N₂和3mol H₂发生反应．若容器体积恒定，达到平衡状态时，N₂的转化率为α₁；若容器压强恒定，达到平衡状态时，N₂的转化率为α₂，则α₂＞α₁（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）以氨气、空气为主要原料制硝酸．
①NH₃被氧气催化氧化生成NO的反应的化学方程式是4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{△}$4NO+6H₂O．
②在容积恒定的密闭容器中进行反应2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H＞0．该反应的反
应速率（υ）随时间（t）变化的关系如图1所示．若t₂、t₄时刻只改变一个条件，下列说法正确的是AB（填选项序号）．
a．在t₁～t₂时，可依据容器内气体的压强保持不变判断反应已达到平衡状态
b．在t₂时，采取的措施可以是升高温度
c．在t₃～t₄时，可依据容器内气体的密度保持不变判断反应已达到平衡状态
d．在t₅时，容器内NO₂的体积分数是整个过程中的最大值
（3）硝酸厂常用以下方法处理尾气：
ⅰ．碱液吸收法：用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂．若每9.2g NO₂和Na₂CO₃溶液反应时转移电子数为0.1mol，则反应的离子方程式是．
ⅱ．氨催化吸收法，原理是NH₃与NO_x反应生成无毒的物质．某同学采用图2装置和步骤模拟工业上氮的氧化物处理过程．

选用上述部分装置，按图3顺序连接成模拟尾气处理装置：
①A中反应的离子方程式：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．
②D装置作用有：使气体混合均匀、调节气流速度，还有一个作用是防止氨气溶解（或防止倒吸）．
③D装置中的液体可换成c（填序号）．
a．CuSO₄溶液  b．H₂O      c．CCl₄      d．浓H₂SO₄
④该同学所设计的模拟尾气处理实验还存在的明显缺陷是未反应的NO无法处理，会污染环境．

Answer 1

分析 （1）①增大浓度、压强，活化分子的浓度增大，但百分数不变，升高温度、加入催化剂，可增大活化分子的百分数，反应物接触面积越大，其反应速率越快，以此解答该题；
②恒压容器中压强大于恒容容器中，平衡正向进行，转化率增大；
（2）①氨气催化氧化生成一氧化氮和水；
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g））△H＞0．该反应是气体体积减小的吸热反应；
A、压强不变说明反应达到平衡；
B、反应是吸热反应升温正逆反应速率增大，平衡正向进行；
C、反应中气体质量守恒，体积不变，过程中密度不变；
D、依据图象分析器内NO₂的体积分数在t₃～t₄时最大
（3）ⅰ．根据n=$\frac{m}{M}$计算NO₂的物质的量，反应中只有NO₂中N元素化合价发生变化，发生歧化反应，有生成NO₃^-，根据注意电子数计算生成NO₃^-的物质的量，再根据电子转移守恒计算N元素在还原产物中的化合价，判断还原产物，据此书写；
ⅱ．①稀硝酸具有强氧化性，与铜发生氧化还原反应生成硝酸铜和NO等；
②氨气难溶于饱和氨水，可防止倒吸；
③氨气为极性分子，不溶于非极性溶剂；
④缺少尾气处理装置，过量的NO会污染空气；

解答 解：（1）①a．升高温度，给分子提供能量，活化分子百分数增大，加快反应速率，故a正确；
b．增大压强，活化分子百分数不变，活化分子的浓度增大，加快反应速率，故b正确；
c．催化剂降低反应的活化能，加快反应速率，故c错误；
d．增大固体表面积，可增大反应速率，故d正确，
故答案为：abd；
②正反应是气体体积减小的反应，容器压强恒定，相当于在恒容的条件下增大压强，平衡向正反应进行，氮气的转化率增大，所以a₂＞a₁，
故答案为：＞；
（2）①氨气催化氧化生成一氧化氮和水，化学方程式：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{△}$4NO+6H₂O；
故答案为：4NH₃+5O₂$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{△}$4NO+6H₂O；
②A．该反应正反应是气体物质的量减小的反应，恒温恒容下条件下，压强不变，说明到达平衡，故A正确；
B．正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，在t₂时，正、逆速率都增大，且正反应速率增大更多，平衡向正反应移动，该反应正反应是气体体积减小的反应，增大压强平衡向正反应进行，转化率增大，故B正确；
C．恒容条件下，反应混合气体的总质量不变，密度始终不变，所以不能说明反应达到平衡状态，故C错误；
D．由图可知，在t₂时，改变条件平衡向正反应移动，t₃时到达平衡，t₄时瞬间正反应速率不变，逆反应速率减小，平衡向正反应进行，应是NO₂降低的浓度，故容器内NO₂的体积分数在t₃时值的最大，故D错误；
故选AB；
（3）ⅰ．9.2gNO₂的物质的量为0.2mol，反应中只有NO₂中N元素化合价发生变化，发生歧化反应，有生成NO₃^-，
0.2molNO₂转移电子的物质的量是0.1mol，故生成的NO₃^-的物质的量为$\frac{0.1mol}{（5-4）}$=0.1mol，故被还原的氮原子物质的量为0.2mol-0.1mol=0.1mol，令N元素在还原产物中的化合价为x价，则0.1mol×（4-x）=0.1mol，解得x=+3，故还原产物为NO₂^-，且生成的NO₃^-和NO₂^-物质的量之比为1：1，同时反应生成CO₂，故二氧化氮和碳酸钠溶液反应的离子反应方程式为：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂；
故答案为：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂；
ⅱ．①稀硝酸具有强氧化性，与铜发生氧化还原反应生成硝酸铜和NO等，反应的离子方程式为3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，
故答案为：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；
②D装置使气体混合均匀、调节气流速度，另外，氨气难溶于饱和氨水，可防止倒吸，
故答案为：防止氨气溶解（或防止倒吸）；
③氨气可溶于硫酸铜溶液、水以及硫酸中，可产生倒吸，氨气为极性分子，不溶于非极性溶剂，可用CCl₄代替饱和氨水，
故答案为：c；
④缺少尾气处理装置，过量的NO会污染空气；
故答案为：未反应的NO无法处理，会污染环境；

点评 本题为综合题，主要考查硝酸的制备、性质以及对环境的影响，题目难度中等，做题时注意实验的原理和目的，牢固掌握实验方法和实验基本操作为解答该类题目的前提．