Question

工業(yè)上以氨氣為原料（鉑銠合金網為催化劑）催化氧化法制硝酸的過程如下：
（1）已知反應一經發(fā)生，鉑銠合金網就會處于紅熱狀態(tài)．寫出氨催化氧化的化學方程式：______．當溫度升高時，化學平衡常數(shù)K值______（填“增大”、“減小”或“不變”）
（2）硝酸廠尾氣常用的處理方法是催化還原法：催化劑存在時用H₂將NO₂還原為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
則反應2NO₂（g）+4H₂（g）=N₂（g）+4H₂O（l）的△H=______．（用a、b、c表示）
（3）①氨氣是制取硝酸的重要原料，合成氨反應的化學方程式為N₂+3H₂2NH₃，該反應在固定容積的密閉容器中進行．下列各項標志著該反應達到化學平衡狀態(tài)的是______（填序號）
A．容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2
B．3v_正（N₂）=v_逆（H₂）
C．容器內壓強保持不變
D．混合氣體的密度保持不變
E．1mol N≡N鍵斷裂，同時1mol H-H鍵斷裂
②若在恒溫條件下，將N₂與H₂按一定比例混合通入一個容積為2L的固定容積的密閉容器中，5min后反應達平衡，n（N₂）=1mol，n（H₂）=1mol，n（NH₃）=2mol，則反應速率v（N₂）=______，平衡常數(shù)K=______．若保持容器的溫度和容積不變，將上述平衡體系中的混合氣體的濃度增大1倍，則平衡______（填“向左”、“向右”或“下”）移動．平衡常數(shù)K______（填“變大”“變小”“不變”）

Answer 1

解：（1）氨催化氧化的產物是一氧化氮和水，是工業(yè)生產硝酸獲得一氧化氮的反應，化學方程式為4NH₃+5O₂4NO+6H₂O．平衡常數(shù)K=，已知反應一經發(fā)生，鉑銠合金網就會處于紅熱狀態(tài)．可知反應是放熱反應，隨著溫度的升高，K減小，故答案為：4NH₃+5O₂4NO+6H₂O，減��；
（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
則反應2NO₂（g）+4H₂（g）=N₂（g）+4H₂O（l）的△H，由蓋斯定律可知，①×2-②-4×③得△H=（2a-b-4c）kJ/mol，故答案為：（2a-b-4c）kJ/mol；
（3）①A．反應平衡時各物質的濃度是否相等，取決于起始時各物質的量的關系和轉化的程度，故A錯誤；
B．反應達到平衡時，正逆反應速率相等，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，充分說明向兩個相反方向進行的程度相當，故B正確；
C．該反應是反應前后氣體體積有變化的反應，所以達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，平衡時各種物質的物質的量、濃度等不再發(fā)生變化，該容器中的壓強不再變化時，反應達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．根據(jù)質量守恒，反應前后混合氣體的質量不變，容器的體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，不能證明該反應是否達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
E．無論反應是否達到平衡狀態(tài)，只要斷裂1mol N≡N鍵斷裂同時，就斷裂3molH-H鍵，故E錯誤；故選B、C；
②5分鐘后反應達平衡時，n（N₂）=1mol，n（H₂）=1mol，n （NH₃）=1mol，
設參加反應的氮氣的物質的量為x，則參加反應的氫氣的物質的量為3x，則
N₂ +3H₂ ?2NH₃
1 3 2
x 3x 2mol
x=1mol，反應速率V（N₂）═=0.1mol/（L?min），平衡時的濃度分別為c（N₂）=0.5mol/L、c（H₂）=0.5mol/L，c （NH₃）=1mol/L，則平衡常數(shù)K==16；上述平衡體系中的混合氣體的濃度增大1倍，相當于縮小體積，則壓強增大，化學平衡正向移動，即向右移動；化學平衡常數(shù)只與溫度有關，與物質的濃度無關；故答案為：0.1mol/（L?min），16，向右，不變；
分析：（1）在一定條件下氨氣與氧氣反應生成一氧化氮和水；平衡常數(shù)，對于吸熱反應，隨著溫度的升高，K增大，對于放熱反應，隨著溫度的升高，K減��；
（2）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減，反應熱也處于相應的系數(shù)進行相應的加減，求解；（3）
①根據(jù)化學平衡狀態(tài)的特征分析，當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、質量、體積分數(shù)以及百分含量不變；
②平衡常數(shù)的大小與只與溫度有關，與濃度、壓強、催化劑無關；
點評：本題考查了化學平衡狀態(tài)的判斷、有關化學平衡的計算、蓋斯定律的運用等，綜合性強，解題時須注意判斷平衡狀態(tài)的標志和角度，計算時須注意方程式中氣體的化學計量數(shù)關系．