Question

下图为工业制备硝酸的设备示意图，其生产过程中发生的反应主要有：
①4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（l）△H＜0
②2NO（g）+O₂ （g）?2NO₂（g）△H＜0
③3NO₂（g）+H₂O（l）?2HNO₃（l）+NO（g）△H＜0
（1）能使吸收塔内反应速率增大，且能提高HNO₃产率的措施是______．
A．适当升高温度　　B．适当增大吸收塔内的压强
C．增大空气中O₂的浓度　　 D．吸收塔内填充瓷环，增大气液接触面
（2）在2L密闭容器内充入0.50mol NO和0.25mol O₂，维持反应温度为800℃，当反应达到平衡时，NO的转化率为50%．则800℃时反应2NO+O₂=2NO₂的平衡常数K=______．
（3）某工厂每套设备每小时可生产20t 63%的硝酸（密度为1.4g/cm³）．假设工业生产硝酸过程中，通过循环操作可以使NH₃、O₂得以完全利用．
回答下列问题：
①该工厂设备所生产硝酸的物质的量浓度是______．
②每小时从吸收塔淋下的水的质量应是多少吨？______．

Answer 1

解：（1）吸收塔内发生的反应为：3NO₂（g）+H₂O（l）?2HNO₃（l）+NO（g）△H＜0，
A．适当升高温度，化学反应速率增大，但该反应放热，平衡逆向移动，HNO₃产率降低，故A错误；
B．适当增大吸收塔内的压强，化学反应速率增大，平衡正向移动，HNO₃产率升高，故B正确；
C．增大空气中O₂的浓度，发生反应：2NO（g）+O₂ （g）?2NO₂（g），NO₂浓度增大，NO浓度减少，化学反应速率增大，平衡正向移动，HNO₃产率升高，故C正确；
D．吸收塔内填充瓷环，增大气液接触面，化学反应速率增大，但平衡不移动，故D错误；
故选：BC；
（2）NO的转化率为50%，所以反应的NO为0.50mol×50%=0.25mol，
2NO+O₂ ?2NO₂
起始（mol/L） 0.25 0.125 0
反应（mol/L） 0.125 0.0625 0.125
平衡（mol/L）0.125 0.0625 0.125
平衡常数K===16；
故答案为：16；
（3）①质量分数为63%的硝酸（密度为1.4g/cm³）的物质的量浓度c==mol/L=14 mol/L；
故答案为：14 mol/L；
②每小时生成的硝酸的质量m（HNO₃）=20 t×63%=12.6 t
根据总化学方程式：NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O
每小时生成水m（H₂O）₁=12.6 t×18/63=3.6 t
生成的硝酸中所含水的质量m（H₂O）=20 t-12.6 t=7.4 t
每小时从吸收塔淋下的水的质量m（H₂O）₂=7.4 t-3.6 t=3.8 t；
故答案为：3.8 t．
分析：（1）根据外界条件对化学反应速率、化学平衡的影响；
（2）先根据三段法求出各自在平衡时的浓度，然后代入平衡常数的表达式；
（3）①根据c=计算硝酸的物质的量浓度的物质的量浓度；
②根据水守恒以及总反应NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O来计算．
点评：本题主要考查了化学反应速率、化学平衡的影响，平衡常数的计算以及化学计算，难度中等．