Question

工业上以氨气为原料（铂铑合金网为催化剂）催化氧化法制硝酸的过程如下：
（1）已知反应一经发生，铂铑合金网就会处于红热状态．写出氨催化氧化的化学方程式：

4NH₃+5O₂

催化剂 .

△

4NO+6H₂O

．当温度升高时，化学平衡常数K值

减小

（填“增大”、“减小”或“不变”）
（2）硝酸厂尾气常用的处理方法是催化还原法：催化剂存在时用H₂将NO₂还原为N₂．
已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=a kJ?mol^-1
N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=b kJ?mol^-1
H₂O（l）=H₂O（g）△H=c kJ?mol^-1
则反应2NO₂（g）+4H₂（g）=N₂（g）+4H₂O（l）的△H=

（2a-b-4c）kJ/mol

．（用a、b、c表示）
（3）①氨气是制取硝酸的重要原料，合成氨反应的化学方程式为N₂+3H₂

催化剂 .

高温高压

2NH₃，该反应在固定容积的密闭容器中进行．下列各项标志着该反应达到化学平衡状态的是

BC

（填序号）
A．容器内N₂、H₂、NH₃的浓度之比为1：3：2
B．3v_正（N₂）=v_逆（H₂）
C．容器内压强保持不变
D．混合气体的密度保持不变
E．1mol N≡N键断裂，同时1mol H-H键断裂
②若在恒温条件下，将N₂与H₂按一定比例混合通入一个容积为2L的固定容积的密闭容器中，5min后反应达平衡，n（N₂）=1mol，n（H₂）=1mol，n（NH₃）=2mol，则反应速率v（N₂）=

0.1mol/（L?min）

，平衡常数K=

16

．若保持容器的温度和容积不变，将上述平衡体系中的混合气体的浓度增大1倍，则平衡

向右

（填“向左”、“向右”或“下”）移动．平衡常数K

不变

（填“变大”“变小”“不变”）

Answer 1

分析：（1）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，对于吸热反应，随着温度的升高，K增大，对于放热反应，随着温度的升高，K减小；
（2）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减，反应热也处于相应的系数进行相应的加减，求解；（3）
①根据化学平衡状态的特征分析，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、质量、体积分数以及百分含量不变；
②平衡常数的大小与只与温度有关，与浓度、压强、催化剂无关；

解答：解：（1）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反应，化学方程式为4NH₃+5O₂

催化剂 .

△

4NO+6H₂O．平衡常数K=

生成物平衡浓度系数次方的乘积

反应物平衡浓度系数次方的乘积

，已知反应一经发生，铂铑合金网就会处于红热状态．可知反应是放热反应，随着温度的升高，K减小，故答案为：4NH₃+5O₂

催化剂 .

△

4NO+6H₂O，减小；
（2）已知：
①2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=a kJ?mol^-1
②N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=b kJ?mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=c kJ?mol^-1
则反应2NO₂（g）+4H₂（g）=N₂（g）+4H₂O（l）的△H，由盖斯定律可知，①×2-②-4×③得△H=（2a-b-4c）kJ/mol，故答案为：（2a-b-4c）kJ/mol；
（3）①A．反应平衡时各物质的浓度是否相等，取决于起始时各物质的量的关系和转化的程度，故A错误；
B．反应达到平衡时，正逆反应速率相等，3v_正（N₂）=v_逆（H₂），v_正（N₂）表示消耗N₂的速率，v_逆（H₂）表示生成H₂的速率，且v_正（N₂）：v_逆（H₂）=1：3，充分说明向两个相反方向进行的程度相当，故B正确；
C．该反应是反应前后气体体积有变化的反应，所以达到平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，该容器中的压强不再变化时，反应达到平衡状态，故C正确；
D．根据质量守恒，反应前后混合气体的质量不变，容器的体积不变，所以混合气体的密度始终不变，不能证明该反应是否达到平衡状态，故D错误；
E．无论反应是否达到平衡状态，只要断裂1mol N≡N键断裂同时，就断裂3molH-H键，故E错误；故选B、C；
②5分钟后反应达平衡时，n（N₂）=1mol，n（H₂）=1mol，n （NH₃）=1mol，
设参加反应的氮气的物质的量为x，则参加反应的氢气的物质的量为3x，则
  N₂ +3H₂ ?2NH₃
1     3        2
x     3x      2mol   
x=1mol，反应速率V（N₂）═

1mol

2L 5min

=0.1mol/（L?min），平衡时的浓度分别为c（N₂）=0.5mol/L、c（H₂）=0.5mol/L，c （NH₃）=1mol/L，则平衡常数K=

生成物平衡浓度系数次方的乘积

反应物平衡浓度系数次方的乘积

=16；上述平衡体系中的混合气体的浓度增大1倍，相当于缩小体积，则压强增大，化学平衡正向移动，即向右移动；化学平衡常数只与温度有关，与物质的浓度无关；故答案为：0.1mol/（L?min），16，向右，不变；

点评：本题考查了化学平衡状态的判断、有关化学平衡的计算、盖斯定律的运用等，综合性强，解题时须注意判断平衡状态的标志和角度，计算时须注意方程式中气体的化学计量数关系．