Question

硝酸是一种重要的化工原料，工业上生成硝酸的主要方法如下：
（1）以N₂和H₂为原料合成氨气．若在0.5L的密闭容器中加入一定量的氮气和氢气进行反应；N₂+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，其化学平衡常数K与温度t的关系如下：

t/℃	200	300	400
K	K1	K2	0.5

①比较K₁、K₂的大小：K₁

 

K₂（填写“＞”、“=”或“＜”）．
②在400℃时该反应进行一段时间后，测得N₂、H₂、NH₃的物质的量分别为2mol、1mol、2mol，则此时反应v（N₂）_正

 

v（N₂）_逆（填写“＞”、“＜”“=”或“不能确定”）．
③下列研究目的与对应的图象相符的是

 

．

	A	B	C	D
研究目的	压强对反应的影响（P1＞P2）	温度对反应的影响	平衡体系增加N2对反应的影响	催化剂对反应的影响
图象

④一定温度下，在密闭容器中充入1mol N₂和3mol H₂发生反应．若容器容积恒定，达到平衡状态时，气体的总物质的量是原来的

11

12

，则N₂的转化率为

 

．
（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的化学方程式是

 

．
②800℃时在体积为2L密闭容器中发生反应2NO（g）+O₂（g）?2NO（g），n（NO）随时间的变化如表：

时间（s）	0	1	2	3	4	5
n（NO）（mol）	0.020	0.010	0.008	0.007	0.007	0.007

图中表示NO₂浓度的变化曲线是

 

（填序号），用O₂表示从0～2s内该反应的平均速率v（O₂）=

 

．
（3）硝酸厂常用如下方法处理尾气催化还原法：用CH₄催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染．
已知：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ/mol
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ/mol
H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44kJ/mol
写出CH₄与NO₂反应生成N₂、CO₂和液态水的热化学方程式

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,热化学方程式,化学平衡的影响因素

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①反应是放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小；
②计算此时浓度商和该温度下的平衡常数比较分析判断反应进行的方向；
③A、依据先拐先平压强大分析，P₁＞P₂，压强越大平衡正向进行方向；
B、反应是放热反应，升温平衡逆向进行；
C、增加氮气浓度正反应速率瞬间增大，此时逆反应速率不变；
D、催化剂改变反应速率不改变化学平衡；
④利用压强之比等于物质的量之比计算平衡时反应混合物的总的物质的量，再利用差量法计算参加反应的氮气的物质的量，利用定义计算N₂的转化率；
（2）①NH₃被氧气催化氧化生成NO和水；
②NO₂是产物，随反应进行浓度增大，平衡时浓度为NO浓度的变化量△c（NO）；根据v=

△c

△t

计算v（NO），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（O₂）；
（3）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到．

解答： 解：（1）①N₂+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，反应是放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小，则K₁＞K₂，故答案为：＞；
②计算此时浓度商和该温度下的平衡常数比较分析判断反应进行的方向，Q=

( 2mol 0.5L )2

2mol 0.5L ×( 1mol 0.5L )3

=0.5=K，说明反应达到平衡状态，v（N₂）_正=v（N₂）_逆；
故答案为：=；
③A、依据先拐先平压强大分析，P₁＞P₂，压强越大平衡正向进行方向，氨气体积分数增大，故A错误；
B、反应是放热反应，升温平衡逆向进行，氮气转化率减小，故B错误；
C、增加氮气浓度正反应速率瞬间增大，此时逆反应速率不变，随反应进行正反应速率减小，逆反应速率增大最后达到平衡状态，故C正确；
D、催化剂改变反应速率不改变化学平衡，反应前后气体体积改变，压强改变，加入催化剂混合气体压强不变，故D错误；
故选C；
④压强之比等于物质的量之比，达到平衡状态时，容器内的压强是原来的

11

12

，则减少的物质的量为（1+3）mol×（1-

11

12

）=

1

3

，则：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）  物质的量减少△n
1                               2
n（N₂）                         

1

3

  
故n（N₂）=

1

6

=，所以氮气的转化率=

1 6 mol

1mol

×=16.7%；
故答案为：16.7%；
（2）①NH₃被氧气催化氧化生成NO和水，反应的化学方程式为：4NH₃+5O₂

催化剂 .

△

4NO+6H₂O；
故答案为：4NH₃+5O₂

催化剂 .

△

4NO+6H₂O；
②NO₂是产物，随反应进行浓度增大，平衡时浓度为NO浓度的变化量△c（NO）=

0.02mol-0.007mol

2L

=0.0065mol/L，所以图中表示NO₂变化的曲线是b，
2s内用NO表示的平均反应速率v（NO）=

△n V

△t

=

0.020mol-0.008mol 2L

2s

=3.0×10^-3mol?L^-1?s^-1，速率之比等于化学计量数之比，
所以v（O₂）=

1

2

v（NO）=

1

2

×3.0×10^-3mol?L^-1?s^-1=1.5×10^-3mol?L^-1?s^-1；
故答案为：b；1.5×10^-3 mol?L^-1?s^-1；
（3）①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-1160kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1
依据盖斯定律（①+②+③×4）÷2得到：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ?mol^-1；
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-955 kJ?mol^-1．

点评：本题考查了化学平衡常数、化学反应速率影响因素分析，反应方向的计算判断，图象理解应用，热化学方程式书写方法，掌握基础是关键，题目难度中等．