Question

7．氨催化氧化是硝酸工業的基礎，按要求回答下列問題：
（1）NH₃與O₂可生成NO，其熱化學方程式可表示為：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）△H
已知幾種化學鍵的鍵能如表：

化學鍵	N-H		O-H	O=O
E/（kJ•mol-1）	x	y	m	n

①由此計算得出△H=12x+5n-4y-12m （用上表中字母表示）kJ•mol^-1．
②400℃時，在1L的密閉容器中加入l mol NH₃和1.5mol O₂，測得平衡時容器的壓強為p，且比反應前壓強增大了4%，則該溫度下NH₃的轉化率為40%；該反應的平衡常數Kp=3.545×10^-3p（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數）；達到平衡后，保持溫度不變，將反應容器的體積增大一倍，平衡向正反應（填“正反應”或“逆反應”）方向移動，判斷理由是對氣體分子數增大的反應，減小壓強平衡向正反應方程移動．
（2）實際反應中，在上述1L的密閉容器中加入l mol NH₃和1.5mol O₂的反應過程中還發生4NH₃+3O₂?N₂+6H₂O反應，有關溫度與各物質的量關系如圖所示：
①已知400℃時，混合氣體中NH₃、N₂、NO的物質的量比為5：6：3，則圖象中x=0.3．
②NH₃生成NO和N₂的反應分別屬于放熱反應、放熱反應（填“吸熱反應”或“放熱反應”），溫度高于840℃后，各物質的物質的量發生如圖所示變化的原因可能是可能是氨氣高溫分解生成氮氣和氫氣，使氨氣氧化生成NO平衡向左移動；NO高溫分解生成氮氣和氧氣；氨氣和NO反應生成氮氣和水（只答一條即可）．

Answer 1

分析 （1）①4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），反應的焓變△H=反應物鍵能總和-生成物的鍵能總和；
②依據化學平衡的三行式列式計算，氣體壓強之比等于氣體物質的量之比，用平衡分壓代替平衡濃度計算平衡常數，分壓=總壓×物質的量分數，達到平衡后，保持溫度不變，將反應容器的體積增大一倍，壓強減小平衡向氣體體積增大的方向進行；
（2）①在上述1L的密閉容器中加入l mol NH₃和1.5mol O₂的反應過程中還發生4NH₃+3O₂?N₂+6H₂O反應，400℃時，混合氣體中NH₃、N₂、NO的物質的量比為5：6：3，結合氮元素守恒計算x；
②氨氣和氧氣的反應為放熱反應，溫度高于840℃后，各物質的物質的量發生變化，NO減小，氮氣增加，結合化學平衡影響因素分析判斷．

解答 解：（1）①4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），反應的焓變△H=反應物鍵能總和-生成物的鍵能總和=12x+5n-4y-12m，
故答案為：12x+5n-4y-12m；
②400℃時，在1L的密閉容器中加入l mol NH₃和1.5mol O₂，測得平衡時容器的壓強為p，且比反應前壓強增大了4%，設達到平衡狀態消耗氨氣物質的量為x，
                        4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g），
起始量（mol）   1                1.5               0                0
變化量（mol）   x              1.25x             x                1.5x
平衡量（mol） 1-x          1.5-1.25x           x               1.5x
（1-x+1.5-1.25x+x+1.5x）=（1+1.5）（1+4%）
x=0.4mol，
則該溫度下NH₃的轉化率=$\frac{0.4mol}{1mol}$×100%=40%，
平衡總物質的量=3.5mol，
用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數，該反應的平衡常數Kp=$\frac{（p×\frac{1.5×0.4}{3.5}）^{6}（p×\frac{0.4}{3.5}）^{4}}{（p×\frac{0.6}{3.5}）^{4}（p×\frac{1.5-1.25×0.4}{3.5}）^{5}}$=3.545×10^-3p，
反應前后氣體物質的量增大，達到平衡后，保持溫度不變，將反應容器的體積增大一倍，壓強減小平衡向正反應方向進行，
故答案為：40%；3.545×10^-3p；正反應，對氣體分子數增大的反應，減小壓強平衡向正反應方程移動；
（2）①在上述1L的密閉容器中加入l mol NH₃和1.5mol O₂的反應過程中還發生4NH₃+3O₂?N₂+6H₂O反應，已知400℃時，混合氣體中NH₃、N₂、NO的物質的量比為5：6：3，結合氮元素守恒計算，5y+6y×2+3y=1
y=0.05
氮氣物質的量=6y=0.05mol×6=0.3mol，
x=0.3
故答案為：0.3；
②上述計算分析可知，NH₃生成NO和N₂的反應分別屬于放熱反應，溫度高于840℃后，各物質的物質的量發生如圖所示變化，NO減小，N₂物質的量增大，可能是氨氣高溫分解生成氮氣和氫氣，使氨氣氧化生成NO平衡向左移動；NO高溫分解生成氮氣和氧氣；氨氣和NO反應生成氮氣和水，
故答案為：放熱反應，放熱反應；可能是氨氣高溫分解生成氮氣和氫氣，使氨氣氧化生成NO平衡向左移動；NO高溫分解生成氮氣和氧氣；氨氣和NO反應生成氮氣和水．

點評 本題考查了化學平衡影響因素、化學平衡常數的計算、圖象比較、數據處理等知識點，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．