Question

【题目】硝酸是一种重要的化工原料，工业上采用氨催化氧化法制备，生产过程中发生的反应有：

NH3(g)+ O2(g)NO(g)+ H2O(l) △H1= -292.3kJ/mol

NO(g)+ O2(g)= NO2(g) △H2= -57.1kJ/mol

3NO2(g)+ H2O(l)=2HNO3(aq)+NO(g) △H3= -71.7kJ/mol

回答以下问题：

(1) NH3(g)+2O2(g)=HNO3(aq)+ H2O(l) 的 △H= ___________ kJ/mol。原料气体(NH3、O2)在进入反应装置之前，必须进行脱硫处理。其原因是____。

(2)研究表明2NO(g)+ O2(g) 2NO2(g)的反应历程分两步：

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

①该反应的速率由b步决定，说明b步反应的活化能比a步的 ___(填“大”或“小”)。

②在恒容条件下，NO和O2的起始浓度之比为2:1，反应经历相同时间，测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图，则150℃时，v正___ v逆(填“>”或“<”)。若起始c(O2)=5.0×10-4mol/L，则380℃下反应达平衡时c(O2)=____mol/L。

(3) T1温度时，在容积为2L的恒容密闭容器中发生反应2NO+ O2 2NO2，实验测得：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逆为速率常数，受温度影响。容器中各反应物和生成物的物质的量随时间变化如下图所示：

①下列说法能表明该反应已经达到平衡状态的是 ____填序号)

A. 混合气体的密度不变 B. 混合气体的颜色不变

C. k正、k逆不变 D. 2v正(O2)=v逆(NO2)

②化学平衡常数K与速率常数k正、k逆的数学关系式K=____。

③温度为T1时的化学平衡常数K= _____。若将容器的温度变为T2时，k正=k逆，则T2 ___T1(填“＞” “＜”或“=”)。

Answer 1

【答案】-413.8 含硫化合物会引起催化剂中毒（含硫化合物会使催化剂降低或失去催化效果） 大 ＞ 2.5×10-4 BD 5 ＞

【解析】

(1)根据盖斯定律分析计算；含硫化合物会引起催化剂中毒，据此分析解答；

(2)该反应的速率由b步决定，说明b步反应的活化能比较大；根据图像，150℃时，NO的转化率小于NO的平衡转化率，说明反应需要继续正向继续；380℃下反应达平衡时，NO的平衡转化率为50%，据此计算平衡时的c(O2)；

(3)①在容积为2L的恒容密闭容器中发生反应2NO+ O2 2NO2，根据平衡状态的特征分析判断；②化学平衡时，正、逆反应速率相等，v正= v逆，结合K的表达式分析计算；③根据图像，计算出温度为T1时，平衡时c(NO)、c(O2)、 c(NO2)，再结合化学平衡常数K= 计算；根据K=判断平衡常数的变化，据此判断平衡移动的方向，再判断温度的变化。

(1)①NH3(g)+O2(g)NO(g)+H2O(l) △H1= -292.3kJ/mol，②NO(g)+O2(g)= NO2(g) △H2= -57.1kJ/mol，③3NO2(g)+H2O(l)=2HNO3(aq)+NO(g) △H3= -71.7kJ/mol，根据盖斯定律，将①+②×+③×得：NH3(g)+2O2(g)=HNO3(aq)+H2O(l) △H=(-292.3kJ/mol)+(-57.1kJ/mol)×+(-71.7kJ/mol)×= -413.8kJ/mol；含硫化合物会引起催化剂中毒，因此原料气体(NH3、O2)在进入反应装置之前，必须进行脱硫处理，防止含硫化合物引起催化剂中毒；

(2)①该反应的速率由b步决定，说明b步反应的活化能比a步的大；

②根据图像，150℃时，NO的转化率小于NO的平衡转化率，说明反应需要继续正向继续，因此v正＞v逆；若起始c(O2)=5.0×10-4 mol/L，根据图像，380℃下反应达平衡时，NO的平衡转化率为50%，因此c(O2)= 2.5×10-4mol/L；

(3)①在容积为2L的恒容密闭容器中发生反应2NO+ O2 2NO2，

A. 混合气体的质量和容器的体积均不变，混合气体的密度始终不变，不能说明达到平衡状态，故A错误；

B. 混合气体中只有NO2有色，气体的颜色不变，说明NO2浓度不变，说明达到平衡状态，故B正确；

C. k正、k逆为速率常数，只与温度有关，温度不变，k正、k逆始终不变，不能说明达到平衡状态，故C错误；

D. 2v正(O2)=v逆(NO2)表示正逆反应速率相等，说明达到平衡状态，故D正确；

故答案为：BD；

②化学平衡时，正逆反应速率相等，v正= v逆，即k正c2(NO)·c(O2)k逆c2(NO2)，化学平衡常数K==；

③根据图像，温度为T1时，平衡时，c(NO)==0.4 mol/L，c(O2)= =0.2 mol/L， c(NO2)= =0.4mol/L，此时化学平衡常数K= ==5；若将容器的温度变为T2时，k正=k逆，即K==1，平衡常数减小，说明平衡逆向移动，该反应为放热反应，因此T2 ＞T1。