Question

【題目】硝酸是一種重要的化工原料，工業上采用氨催化氧化法制備，生產過程中發生的反應有：

4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(l) ΔH1＝-1169.2 kJ/mol

2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g) ΔH2＝-114.2 kJ/mol

3NO2(g)＋H2O(l)=2HNO3(aq)＋NO(g) ΔH3＝-71.7kJ/mol

回答下列問題：

（1）NH3(g)＋2O2(g)=HNO3(aq)＋H2O(l)的ΔH＝___________kJ/mol。

原料氣體（NH3、O2）在進入反應裝置之前，必須進行脫硫處理。其原因是________。

（2）研究表明2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)的反應歷程分兩步：

（a）2NO(g) N2O2(g)(快) （b）N2O2(g)＋O2(g) 2NO2(g) (慢)

①該反應的速率由b步決定，說明b步反應的活化能比a步的_____（填“大”或“小”）。

②在恒容條件下，NO和O2的起始濃度之比為2:1，反應經歷相同時間，測得不同溫度下NO轉化為NO2的轉化率如右圖，則150℃時，v正____v逆（填“＞”或“＜”）。若起始c(O2)＝5.0×104mol·L1，則380℃下反應達平衡時c(O2)＝_______ mol·L1。

（3）T1溫度時，在容積為2L的恒容密閉容器中發生反應2NO＋O2=2NO2，實驗測得：v正＝v(NO)消耗＝2v(O2)消耗＝k正c2(NO)c(O2)，v逆＝v(NO2)消耗＝k逆c2(NO2)，k正、k逆為速率常數，受溫度影響。容器中各反應物和生成物的物質的量隨時間變化如圖所示：

①下列說法能表明該反應已經達到平衡狀態的是_______（填序號）

A．混合氣體的密度不變

B．混合氣體的顏色不變

C．k正、k逆不變

D．2v正(O2)＝v逆(NO2)

②化學平衡常數K與速率常數k正、k逆的數學關系式K＝___________。

③溫度為T1時的化學平衡常數K＝_________。若將容器的溫度變為T2時k正＝k逆，則T2 _______T1（填“＞” “＜”或“＝”）。

Answer 1

【答案】- 413.8 防止催化劑中毒，影響生產效率 b ＞ 2.5×104mol·L1 BD 160 ＞

【解析】

⑴利用蓋斯定律求算焓變，脫硫處理主要目的是防止催化劑中毒，影響生產效率；

⑵①活化能越大，反應速率越慢，活化能越小，反應速率越慢；

②開始階段正在建立平衡的階段，最高點以后是溫度影響平衡移動，在150℃時，處于建立平衡的階段，正反應速率大于逆反應速率，因此v正＞v逆，利用三步走進行計算；

⑶①利用判斷化學平衡狀態的標志進行判斷，再利用正逆反應速率相等得出化學平衡常數K與速率常數k正、k逆的數學關系，再根據圖中數據進行計算K和判斷T2 與T1相對高低。

⑴將第1個方程式乘以0.25，加上第二個方程式的0.75倍，加上第3個方程式的0.5倍，得出NH3(g)＋2O2(g)=HNO3(aq)＋H2O(l)的ΔH＝ (-1169.2)×0.25 +(-114.2)×0.75 + (-71.7)×0.5 = - 413.8 kJ/mol，原料氣體（NH3、O2）在進入反應裝置之前，必須進行脫硫處理。其原因是防止催化劑中毒，影響生產效率，故答案為：- 413.8；防止催化劑中毒，影響生產效率；

⑵①活化能越大，反應速率越慢，活化能越小，反應速率越慢，因此b步反應的活化能比a步的大，故答案為：b；

②開始階段正在建立平衡的階段，最高點以后是溫度影響平衡移動，在150℃時，處于建立平衡的階段，正反應速率大于逆反應速率，因此v正＞v逆，

2NO(g) ＋ O2(g) 2NO2(g)

開始（mol·L1）：1.0×103 5.0×104 0

轉化（mol·L1）：5.0×104 2.5×104 5.0×104

平衡（mol·L1）：5.0×104 2.5×104 5.0×104

因此380℃下反應達平衡時c(O2)＝2.5×104mol·L1，故答案為：＞；2.5×104mol·L1。

⑶①A選項，，氣體密度不變，容器體積不變，混合氣體的密度始終不變，故A不能作為判斷平衡標志；

B選項，二氧化氮是紅棕色，當混合氣體的顏色不變達到平衡，故B能作為判斷平衡標志；

C選項，k正、k逆只與溫度有關，恒溫，k正、k逆始終不變，故C不能作為判斷平衡標志；

D選項，2v正(O2)＝v逆(NO2)，一個正向，一個逆向移動，速率之比等于計量系數之比，故D能作為判斷平衡標志。

綜上所述，答案為BD。

②k正c2(NO)c(O2) ＝ k逆c2(NO2)，化學平衡常數K與速率常數k正、k逆的數學關系式K＝，故答案為：。

③根據圖像c(NO) ＝0.2 mol，c(O2) ＝0.2 mol，c(NO2) ＝0.8 mol，溫度為T1時的化學平衡常數，若將容器的溫度變為T2時k正＝k逆，K = 1，反應為放熱反應，則升溫平衡常數減小，則T2 ＞T1，故答案為：160；＞。