Question

硝酸是一種重要的化工原料，工業(yè)上生產(chǎn)硝酸的主要過程如下：
（1）以N₂和H₂為原料合成氨氣．反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0
①下列措施可以提高H₂的轉(zhuǎn)化率是（填選項序號）

 

．
a．選擇適當?shù)拇呋瘎?nbsp;  b．增大壓強  c．及時分離生成的NH₃   d．升高溫度
②一定溫度下，在密閉容器中充入1molN₂和3molH₂發(fā)生反應．若容器容積恒定，達到平衡狀態(tài)時，容器內(nèi)的壓強是原來的

15

16

，則N₂的轉(zhuǎn)化率a₁=

 

；若容器壓強恒定，達到平衡狀態(tài)時，N₂的轉(zhuǎn)化率為a₂，則a₂

 

a₁（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）以氨氣、空氣為主要原料制硝酸．
①NH₃被氧氣催化氧化生成NO的反應的化學方程式是

 

．
②在容積恒定的密閉容器中進行反應2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H＞0
該反應的反應速率（v）隨時間（t）變化的關(guān)系如圖1所示．若t₂、t₄時刻只改變一個條件，下列說法正確的是（填選項序號）

 

．

a．在t₁～t₂時，可依據(jù)容器內(nèi)氣體的壓強保持不變判斷反應已達到平衡狀態(tài)
b．在t₂時，采取的措施一定是升高溫度
c．在t₃～t₄時，可依據(jù)容器內(nèi)氣體的密度保持不變判斷反應已達到平衡狀態(tài)
d．在t₀～t₅時，容器內(nèi)NO₂的體積分數(shù)在t₃時值的最大
（3）硝酸廠常用如下方法處理尾氣．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=-483.5kJ/molN₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+133kJ/mol
則H₂還原NO₂生成水蒸氣反應的熱化學方程式是

 

．
（4）通過NO_x傳感器可監(jiān)測NO_x的含量，其工作原理示意圖如圖2：
①Pt電極上發(fā)生的是

 

反應（填“氧化”或“還原”）．
②寫出NiO電極的電極反應式

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,化學電源新型電池,化學平衡狀態(tài)的判斷,化學平衡的計算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①提高H₂轉(zhuǎn)化率可以采取的措施，平衡正向進行，結(jié)合平衡移動原理分析判斷；
②反應的方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），依據(jù)化學平衡三段式列式計算得到；恒壓容器中壓強大于恒容容器中，平衡正向進行，轉(zhuǎn)化率增大；
（2）①氨氣的催化氧化生成一氧化氮和水，依據(jù)原子守恒配平寫出；
②2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g））△H＞0．反應是氣體體積減小的吸熱反應；
a、壓強不變說明反應達到平衡；
b、反應是吸熱反應升溫正逆反應速率增大，平衡正向進行；
c、反應中氣體質(zhì)量守恒，體積不變，過程中密度不變；
d、依據(jù)圖象分析器內(nèi)NO₂的體積分數(shù)在t₃～t₄時最大；
（3）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到；
（4）①原電池中正極得電子的物質(zhì)發(fā)生還原反應；
②NiO電極上NO失電子和氧離子反應生成二氧化氮．

解答： 解：（1）①反應為N₂+3H₂?2NH₃ △H＜0，提高H₂轉(zhuǎn)化率，應使平衡向正反應方向移動，則
a．使用催化劑，平衡不移動，H₂轉(zhuǎn)化率不變，故a錯誤；
b．增大壓強，平衡向氣體體積減少的方向移動，即正向移動，H₂轉(zhuǎn)化率提高，故b正確；
c．及時分離出NH₃，平衡正向移動，H₂轉(zhuǎn)化率提高，故c正確；
d．升高溫度，平衡向吸熱的方向移動，即逆反應方向移動，H₂轉(zhuǎn)化率降低，故d錯誤；
故選：bc；
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始（mol） 1       3         0
轉(zhuǎn)化（mol） x       3x         2x
平衡（mol）1-x     3-3x         2x

1-x+3-3x+2x

1+3

=

15

16

，
x=0.125，
N₂的轉(zhuǎn)化率a₁=

0.125

1

×100%=12.5%，
正反應是氣體體積減小的反應，容器壓強恒定，相當于在恒容的條件下增大壓強，平衡向正反應進行，氮氣的轉(zhuǎn)化率增大，所以a₂＞a₁，
故答案為：12.5%；＞；
（2）①氨氣的催化氧化反應方程式為：4NH₃+5O₂

催化劑  .

4NO+6H₂O，故答案為：4NH₃+5O₂

催化劑  .

4NO+6H₂O；
②a．該反應正反應是氣體物質(zhì)的量減小的反應，恒溫恒容下條件下，壓強不變，說明到達平衡，故a正確；
b．正反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應移動，在t₂時，正、逆速率都增大，且正反應速率增大更多，平衡向正反應移動，該反應正反應是氣體體積減小的反應，增大壓強平衡向正反應進行，轉(zhuǎn)化率增大，故b錯誤；
c．恒容條件下，反應混合氣體的總質(zhì)量不變，密度始終不變，所以不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故c錯誤；
d．由圖可知，在t₂時，改變條件平衡向正反應移動，t₃時到達平衡，t₄時瞬間正反應速率不變，逆反應速率減小，平衡向正反應進行，應是NO₂降低的濃度，故容器內(nèi)NO₂的體積分數(shù)在t₃時值的最大，故d正確；
故選ad；
（3）已知：Ⅰ、2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.5kJ/mol
Ⅱ、N₂（g）+2O₂（g）=2NO₂（g）△H=+133kJ/mol
由蓋斯定律可知，Ⅰ×2-Ⅱ得4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g），
故△H=2×（-483.5kJ/mol）-133kJ/mol=-1100kJ/mol，
故熱化學方程式為：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1100kJ/mol，
故答案為：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1100kJ/mol；
（4）①裝置無外接電源，故為原電池，鉑電極上氧氣得電子生成氧離子而被還原，發(fā)生還原反應，故答案為：還原；
②NiO電極上NO失電子和氧離子反應生成二氧化氮，所以電極反應式為：NO+O^2--2e^-=NO₂，故答案為：NO+O^2--2e^-=NO₂．

點評：本題考察范圍廣，難度大，主要考查了平衡移動、平衡計算、蓋斯定律、電化學相關(guān)知識．