Question

氨與硝酸在工農業生產中均有重要的用途．某小組根據工業生產原理設計了生產氨與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
①一定溫度下，在密閉容器中充入1mol N₂和3mol H₂發生反應．若容器容積恒定，達到平衡狀態時，氣體的總物質的量是原來的

15

16

，則N₂的轉化率α=

 

；若此時放出熱量為a KJ，則其熱化學方程式為

 

．
②氨氣溶于水則為氨水．已知NH₃?H₂O的電離平衡常數為K_b，計算0.1mol/L的NH₃?H₂O溶液中c（OH^-）=

 

mol/L（設平衡時NH₃?H₂O的濃度約為0.1mol/L，用含有Kb的代數式表示）．
（2）以氨氣、空氣為主要原料先進行氨的催化氧化，然后制得硝酸．
①其中NO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）變化的關系如圖甲所示．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，可依據容器內氣體的密度保持不變判斷反應已達到平衡狀態
b．在t₂時，采取的措施可以是升高溫度
c．在t₃～t₄時與在t₁～t₂時的平衡常數K肯定相同
d．在t₅時，容器內NO₂的體積分數是整個過程中的最大值
②實際上，生成的NO₂會聚合生成N₂O₄．如果在一密閉容器中，17℃、1.01×10⁵Pa條件下，2NO₂（g）?N₂O₄（g）△H＜0的平衡常數K=13.3．若改變上述體系的某個條件，達到新的平衡后，測得混合氣體中c（NO₂）=0.04mol/L，c（N₂O₄）=0.007mol/L，則改變的條件是

 

．
③硝酸廠常用如下方法處理尾氣用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂．若每9.2g NO₂和Na₂CO₃溶液反應時轉移電子數為0.1mol，則反應的離子方程式是

 

．
（3）圖乙表示的反應中涉及到了工業生產氨與硝酸的全部物質，每個□表示一種不同的物質，其中G為水．反應I的化學方程式是

 

．

Answer 1

考點：化學反應速率變化曲線及其應用,熱化學方程式,化學平衡狀態的判斷,化學平衡的計算,無機物的推斷

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①依據化學平衡三段式列式計算得到；求出反應的△H，寫出熱化學方程式；
②c（NH₄⁺）=c（OH^-），據Kb表達式和平衡時NH₃?H₂O的濃度可以求得；
（2）①2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g））△H＞0．反應是氣體體積減小的吸熱反應；
a、反應中氣體質量守恒，體積不變，過程中密度不變；
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、K受溫度影響；
d、依據圖象分析容器內NO₂的體積分數在t₃～t₄時最大；
②改變上述體系的某個條件，達到新的平衡后，根據c（NO₂）和c（N₂O₄）求出K值，K減小，說明升高了溫度，平衡逆向移動；
③根據n=

m

M

計算NO₂的物質的量，反應中只有NO₂中N元素化合價發生變化，發生歧化反應，有生成NO₃^-，根據注意電子數計算生成NO₃^-的物質的量，再根據電子轉移守恒計算N元素在還原產物中的化合價，判斷還原產物，據此書寫；
（3）根據氮及其化合物知識可以判斷和個框中的物質進而寫出化學方程式．

解答： 解：①壓強之比等于物質的量之比，達到平衡狀態時，容器內的壓強是原來的

15

16

，則減少的物質的量為（1+3）mol×（1-

15

16

）=

1

4

mol，則：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g） 物質的量減少△n
1                                     2
n（N₂）                               

1

4

故n（N₂）=

1

8

mol，所以氮氣的轉化率=

1 8

1

×100%=12.5%；

1

8

mol氮氣反應放熱aKJ，則1mol氮氣反應放熱8aKJ，所以熱化學方程式為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-8aKJ/mol，
故答案為：12.5%；N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-8aKJ/mol；
②據NH₃?H₂O的電離方程式可知，c（NH₄⁺）=c（OH^-），已知NH₃?H₂O的濃度約為0.1mol/L，Kb=

c(N H + 4 )?c(OH-)，

c(NH3?H2O)

=

[c(OH-)]2

0.1

，可得：c（OH^-）=

0.1Kb

，
故答案為：

0.1Kb

；
（2）①2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g））△H＞0．反應是氣體體積減小的吸熱反應；
a、反應中氣體質量守恒，體積不變，過程中密度不變，所以，密度不變不能說明反應達到平衡狀態，故a錯誤；
b、反應是吸熱反應，升溫正逆反應速率都增大，平衡正向進行，故b正確；
c、t₂時升高了溫度，K增大，所以在t₃～t₄時與在t₁～t₂時的平衡常數K不同，故c錯誤；
d、t₂時升高了溫度，平衡正向移動，t₄時減小了生成物濃度，平衡正向移動，反應物濃度相應減小，所以，容器內NO₂的體積分數在t₃～t₄時最大，故d錯誤；
故選：b；
②改變上述體系的某個條件，達到新的平衡后，根據c（NO₂）和c（N₂O₄）求出K=4.375，K減小，說明升高了溫度，平衡逆向移動，故答案為：升高溫度；
③9.2gNO₂的物質的量=

9.2

46

=0.2mol，反應中只有NO₂中N元素化合價發生變化，發生歧化反應，有生成NO₃^-，
0.2mol二氧化氮轉移電子的物質的量是0.1mol，故生成的NO₃^-的物質的量為

0.1mol

5-4

=0.1mol，故被還原的氮原子物質的量為0.2mol-0.1mol=0.1mol，令N元素在還原產物中的化合價為x價，則0.1mol×（4-x）=0.1mol，解得x=+3，故還原產物為NO₂^-，且生成的NO₃^-和NO₂^-物質的量之比為1：1，同時反應生成CO₂，故二氧化氮和碳酸鈉溶液反應的離子反應方程式為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂，故答案為：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂．
（3）工業生產氨與硝酸的有關過程為：氮氣與氫氣合氨，氨催化氧化生成一氧化氮，也可用氮氣和氧氣反應生成一氧化氮，一氧化氮再氧化成二氧化氮，二氧化氮與水反應生成硝酸和一氧化氮，上述反應也可以適當合并書寫，據此可知在框圖中，反應I的化學方程式為N₂+O₂

放電或高溫  .

2NO，故答案為：N₂+O₂

放電或高溫  .

2NO．

點評：本題考查范圍廣、考查知識點跨度大，包含了轉化率、熱化學方程式書寫、弱電解質的電離平衡常數、影響化學反應速率和平衡移動的條件、溫度是影響化學平衡常數的唯一因素、離子方程式書寫等等，題目難度較大．