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：

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

回答以下問題：

(1) NH3(g)+2O2(g)=HNO3(aq)+ H2O(l) 的 △H= ___________ 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的轉化率如圖，則150℃時，v正___ v逆(填“>”或“<”)。若起始c(O2)=5.0×10-4mol/L，則380℃下反應達平衡時c(O2)=____mol/L。

(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下圖所示：

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 含硫化合物會引起催化劑中毒（含硫化合物會使催化劑降低或失去催化效果） 大 ＞ 2.5×10-4 BD 5 ＞

【解析】

(1)根據蓋斯定律分析計算；含硫化合物會引起催化劑中毒，據此分析解答；

(2)該反應的速率由b步決定，說明b步反應的活化能比較大；根據圖像，150℃時，NO的轉化率小于NO的平衡轉化率，說明反應需要繼續正向繼續；380℃下反應達平衡時，NO的平衡轉化率為50%，據此計算平衡時的c(O2)；

(3)①在容積為2L的恒容密閉容器中發生反應2NO+ O2 2NO2，根據平衡狀態的特征分析判斷；②化學平衡時，正、逆反應速率相等，v正= v逆，結合K的表達式分析計算；③根據圖像，計算出溫度為T1時，平衡時c(NO)、c(O2)、 c(NO2)，再結合化學平衡常數K= 計算；根據K=判斷平衡常數的變化，據此判斷平衡移動的方向，再判斷溫度的變化。

(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，根據蓋斯定律，將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；含硫化合物會引起催化劑中毒，因此原料氣體(NH3、O2)在進入反應裝置之前，必須進行脫硫處理，防止含硫化合物引起催化劑中毒；

(2)①該反應的速率由b步決定，說明b步反應的活化能比a步的大；

②根據圖像，150℃時，NO的轉化率小于NO的平衡轉化率，說明反應需要繼續正向繼續，因此v正＞v逆；若起始c(O2)=5.0×10-4 mol/L，根據圖像，380℃下反應達平衡時，NO的平衡轉化率為50%，因此c(O2)= 2.5×10-4mol/L；

(3)①在容積為2L的恒容密閉容器中發生反應2NO+ O2 2NO2，

A. 混合氣體的質量和容器的體積均不變，混合氣體的密度始終不變，不能說明達到平衡狀態，故A錯誤；

B. 混合氣體中只有NO2有色，氣體的顏色不變，說明NO2濃度不變，說明達到平衡狀態，故B正確；

C. k正、k逆為速率常數，只與溫度有關，溫度不變，k正、k逆始終不變，不能說明達到平衡狀態，故C錯誤；

D. 2v正(O2)=v逆(NO2)表示正逆反應速率相等，說明達到平衡狀態，故D正確；

故答案為：BD；

②化學平衡時，正逆反應速率相等，v正= v逆，即k正c2(NO)·c(O2)k逆c2(NO2)，化學平衡常數K==；

③根據圖像，溫度為T1時，平衡時，c(NO)==0.4 mol/L，c(O2)= =0.2 mol/L， c(NO2)= =0.4mol/L，此時化學平衡常數K= ==5；若將容器的溫度變為T2時，k正=k逆，即K==1，平衡常數減小，說明平衡逆向移動，該反應為放熱反應，因此T2 ＞T1。