Question

13．硝酸是一种重要的化工原料，工业上生产硝酸的主要过程中：
（1）反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0；恒温时，将N₂和H₂的混合气体充入2L密闭容器中，10分钟后反应达到平衡，图1图象能正确表示该过程中相关量的变化的是ab．（选填字母）．

（2）一定温度下，在密闭容器中充入1molN₂和3molH₂发生反应．若容器容积恒定，达到平衡状态时，气体的总物质的量是原来的$\frac{7}{10}$，则N₂的转化率a₁=60%；若向该容器中再加入1molN₂和3molH₂，达到平衡状态时，N₂的转化率为a₂，则a₂＞a₁（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）．在其他条件相同时，分别测得NO的平衡转化率在不同压强（P₁、P₂）下温度变化的曲线（如图2）．
①比较P₁、P₂的大小关系：P₁＜P₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
②随温度升高，该反应平衡常数变化的趋势是减小．
（4）硝酸厂常用如下2种方法处理尾气．
①催化还原法：催化剂存在时用H₂将NO₂还原为N₂．
已知：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H=+67.7kJ/mol
则H₂还原NO₂生成水蒸气反应的热化学方程式是4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1034.9kJ/mol．
②碱液吸收法：用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂．若每4.6gNO₂和Na₂CO₃溶液反应时转移电子数为0.05mol，则反应的离子方程式是2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂．

Answer 1

分析 （1）恒温时，将N₂和H₂的混合气体充入2L密闭容器中，10分钟后反应达到平衡时，反应放热，随反应减小速率减慢，放热减少，容器体积不变，混合气体密度不变，反应正向进行，混合气体质量不变，总物质的量减少，混合气体的平均相对分子质量增大，但开始不为0；
（2）N₂+3H₂=2NH₃
起始量（mol）  1   3   0
变化量（mol）  x   3x  2x
平衡量（mol）1-x   3-3x 2x
（1-x）+（3-3x）+2x=（1+3）×$\frac{7}{10}$
解得x=0.6mol，
若向该容器中再加入1mol N₂和3mol H₂，压强增大，平衡正向移动；
（3）①2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）是正方向体积减小的反应，根据压强对平衡的影响分析；
②根据图象2判断该反应正方向是放热还是吸热，再判断K随温度的变化；
（4）①a.2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
b．N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H=+67.7kJ/mol
由盖斯定律可知，a×2-b得到4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）；
②用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂，C元素的化合价不变，每4.6gNO₂和Na₂CO₃溶液反应时转移电子数为0.05mol，n（NO₂）=$\frac{4.6g}{46g/mol}$=0.1mol，可知N元素的化合价由+4价降低为+3价，由+4价升高为+5价，以此来解答．

解答 解：（1）恒温时，将N₂和H₂的混合气体充入2L密闭容器中，10分钟后反应达到平衡时，反应放热，随反应减小速率减慢，放热减少，容器体积不变，混合气体密度不变，反应正向进行，混合气体质量不变，总物质的量减少，混合气体的平均相对分子质量增大，但开始不为0，
故答案为：ab；
（2）N₂+3H₂=2NH₃
起始量（mol）  1   3   0
变化量（mol）  x   3x  2x
平衡量（mol）1-x   3-3x 2x
（1-x）+（3-3x）+2x=（1+3）×$\frac{7}{10}$
解得x=0.6mol，则N₂的转化率a₁=$\frac{0.6mol}{1mol}$×100=60%，
若向该容器中再加入1molN₂和3molH₂，压强增大，平衡正向移动，转化率增大，则a₂＞a₁，
故答案为：60%；＞；
（3）①已知2NO（g）+O₂（g）?2N0₂（g）是正方向体积减小的反应，增大压强平衡正移，则NO的转化率会增大，由图可知p₂时NO的转化率大，则p₂时压强大，即p₁＜p₂，故答案为：＜；
②由图象2可知，随着温度的升高，NO的转化率减小，说明升高温度平衡逆移，则该反应正方向是放热反应，所以升高温度平衡常数K减小；故答案为：减小；
（4）①a.2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
b．N₂（g）+2O₂（g）═2NO₂（g）△H=+67.7kJ/mol
由盖斯定律可知，a×2-b得到4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g），则H₂还原NO₂生成水蒸气反应的热化学方程式为4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1034.9kJ/mol，
故答案为：4H₂（g）+2NO₂（g）=N₂（g）+4H₂O（g）△H=-1034.9kJ/mol；
②用Na₂CO₃溶液吸收NO₂生成CO₂，C元素的化合价不变，每4.6gNO₂和Na₂CO₃溶液反应时转移电子数为0.05mol，n（NO₂）=$\frac{4.6g}{46g/mol}$=0.1mol，可知N元素的化合价由+4价降低为+3价，由+4价升高为+5价，离子反应为2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂，故答案为：2NO₂+CO₃^2-=NO₃^-+NO₂^-+CO₂．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握化学平衡三段法、平衡移动与图象、反应热的计算、氧化还原反应为解答的关键，侧重分析与应用能力的考查，综合性较强，题目难度不大．