Question

硝酸是一种重要的化工原料，工业上采用氨的催化氧化法制备硝酸。

(1) 已知反应N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)为放热反应，下列措施可以提高H₂的转化率的是(填序号)      。

A．选择适当的催化剂     B．增大压强      C．及时分离生成的NH₃      D．升高温度

(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，则N₂的转化率α₁=            ；若容器压强恒定，达到平衡状态时，N₂的转化率为α₂，则α₂           α₁(填“＞”、“＜”或“＝”)。

(3)在容积恒定的密闭容器中进行反应2NO(g)+O₂(g)2NO₂(g) (吸热反应)。该反应的反应速率(v)随时间()变化的关系如图所示。若t₂、t₄时刻只改变一个条件，下列说法正确的是(填序号)            。

A．在t₁～t₂时，可依据容器内气体的压强保持不变判断反应已达到平衡状态

B．在t₂时，采取的措施可以是升高温度

C．在t₃～t₄时，可依据容器内气体的密度保持不变判断反应已达到平衡状态

D．在t₅时，容器内NO₂的体积分数是整个过程中的最大值

(4) 消除硝酸工厂尾气的一种方法是用甲烷催化还原氮氧化物，已知：

① CH₄ (g)＋2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g)    △H＝－890.3 kJ·mol^－1

② N₂(g)＋2O₂(g)＝2NO₂(g)   △H＝－67.0 kJ·mol^－1

则CH₄(g)将NO₂(g)还原为N₂(g)等的热化学方程式为                   。

在3.0L密闭容器中，通入0.10molCH₄和0.20molNO₂，在一定温度进行反应，反应时间表(t)与容器内气体总压强(p)的数据见下表：

时间t /min	0	2	4	6	8	10
总压强p /100kPa	4.80	5.44	5.76	5.92	6.00	6.00

由表中数据计算0～4min内v(NO₂)=             ，该温度下的平衡常数K=           。

Answer

(1)BC (2)12.5% ＞(3)AB (4) CH4(g)＋2NO2(g)=N2(g)＋CO2(g) ＋2H2O(g) △H＝－823.3 kJ·mol－1 0.01mol·L―1·min 0.675

【解析】

试题分析：（1）A．选择适当的催化剂，平衡不移动，H2转化率不变，故A错误；B．增大压强，平衡向气体体积减少的方向移动，即正向移动，H2转化率提高，故B正确； C．及时分离出NH3，平衡正向移动，H2转化率提高，故C正确；D．升高温度，平衡向吸热的方向移动，即逆反应方向移动，H2转化率降低，故D错误；故选：BC；

（2）根据三段式 N2+3H2 2NH3

开始物质的量（mol）1 3 0

变化物质的量（mol）n 3n 2n

平衡物质的量（mol）1-n 3-3n 2n

据题意，（1-n+3-3n+2n）：（1+3）=15：16，解得n=0.125mol, 则N2的转化率α1=×100%=12.5%,若容器压强恒定，随着反应的进行，气体分子数不断减少，达到平衡状态时，气体体积减小，相当于在恒容条件下加压，平衡正向移动，氮气的转化率增大，则转化率α2大于α1 ；

（3）A．该反应是气体体积减小的可逆反应，压强随着减小，达到平衡时，压强保持不变，则在t1～t2时，可依据容器内气体的压强保持不变判断反应已达到平衡状态，正确；B．升高温度，v(正)、v (逆)都增大，平衡正向移动，v(正)增幅大，在t2时，采取的措施可以是升高温度，正确；C．在恒容、密闭容器中，密度始终不变，在t3～t4时，不能依据容器内气体的密度保持不变判断反应已达到平衡状态，错误；D．由图可知，在t2时改变条件平衡向正反应方向移动，t3时达到平衡，t4时瞬间V（正）不变，V（逆）减小，应是降低生成物NO2的浓度，故容器内NO2的体积分数在t3时的值最大，错误；选AB。

（4）根据盖斯定律，①—②得CH4(g)＋2NO2(g)=N2(g)＋CO2(g) ＋2H2O(g) △H＝－823.3 kJ·mol－1 。

（5）压强之比等于物质的量之比，则4min时混合气体总物质的量为（0.1+0.2）mol×=0.36mol， 由方程式可知2molNO2反应时混合气体物质的量增大1mol，则反应的NO2为2×（0.36-0.3）mol=0.12 mol，0～4min内v（NO2）==0.01mol/（L•min）；8min时处于平衡状态，压强之比等于物质的量之比，则平衡时混合气体总物质的量为（0.1+0.2）mol×=0.375mol，设参加反应的均为为xmol，则：

CH4（g）+2NO2（g）⇌CO2（g）+N2（g）+2H2O（g）

起始量（mol）：0.1 0.2 0 0 0

变化量（mol） ：x 2x x x 2x

平衡量（mol）：0.1-x 0.2-2x x x 2x

所以0.1-x+0.2-2x+x+x+2x=0.375，解得x=0.075，

则平衡常数K= =0.675，

故答案为：0.01mol/（L•min）；0.675。

考点：考查平衡常数的计算、化学反应与能量的关系图、反应自发性判断、作图等内容