Question

工業(yè)生產硝酸的流程圖如下：

請回答下列問題：
（1）寫出硝酸在工農業(yè)生產中的重要作用

 

（任寫一條）．
（2）已知N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.4kJ?mol^-1．請回答：
①當合成氨反應達到平衡后，改變某一外界條件（不改變N₂、H₂和NH₃的量），反應速率與時間的關系如右圖所示．圖中t_l時引起平衡移動的條件可能是

 

．
其中表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段時間是

 

．
②溫度為T℃時，將2a mol H₂和a mol N₂放入0.5L密閉容器中，充分反應后測得N₂的轉化率為50%．則該反應的化學平衡常數的為

 

．
（3）氨催化氧化的化學方程式為

 

，該反應是放熱反應，當溫度升高時，反應的化學平衡常數K值

 

（增大、減小、無影響）．
（4）今年“兩會”后，黨和國家更加重視環(huán)保．工業(yè)上常用純堿溶液來吸收硝酸廠尾氣中的二氧化氮，吸收產物中有亞硝酸鈉、硝酸鈉和二氧化碳，該化學方程式為

 

；還可以利用氫氣在催化劑下把氮的氧化物還原為

 

和水．

Answer 1

分析：（1）硝酸是強酸，含有植物生長所需的氮元素，可作化肥，硝酸可制炸藥等，據此分析解答；
（2）①根據圖象可知正反應和逆反應同時增大，且正反應比逆反應增加得快，結合影響平衡移動的因素解答；根據圖象中平衡段t₀-t₁、t₂-t₃、t₄-t₅、t₅-t₆分析解答，t₄-t₅指反應向逆反應方向進行后達到的平衡；
②平衡常數指各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值，依據化學方程式和平衡常數的概念寫出該反應的化學平衡常數；
（3）在一定條件下氨氣與氧氣反應生成一氧化氮和水；平衡常數指各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值；根據該反應為放熱反應判斷溫度升高K值變化；
（4）純堿溶液吸收NO₂，生成亞硝酸鹽、硝酸鹽，根據化合價升降法配平；利用氫氣在催化劑下把氮的氧化物還原發(fā)生4H₂+2NO₂

催化劑  .

=4H₂O+N₂，據此分析解答．

解答：解：（1）植物生長需氮元素，硝酸可以和氨氣反應生成硝酸銨作肥料，有機合成中用硝酸制取硝基化合物，國防工業(yè)制炸藥，工業(yè)生產中溶解金屬，
故答案為：化肥、有機化工（染料、制藥、照相材料、顏料、塑料、合成纖維）或者國防工業(yè)（炸藥）；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）該反應正反應為體積縮小的反應、放熱反應，當合成氨反應達到平衡后，改變某一外界條件（不改變N₂、H₂和NH₃的量），根據圖象可知正反應比逆反應增加得快，說明平衡向正反應方向移動，能向正反應方向移動的有降溫、增大壓強，減小生成物濃度，但正反應和逆反應同時增大，不可能是降低溫度和減小生成物濃度，只能是增大壓強；圖中t₀-t₁、t₂-t₃、t₄-t₅、t₅-t₆均已達到平衡，但t₀-t₁、t₂-t₃，是正向進行達到平衡，而t₄-t₅、t₅-t₆是逆向達到平衡，所以表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段時間是t₂-t₃，
故答案為：增大壓強；t₂-t₃； 
②平衡常數指各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值；溫度為T℃時，將2a mol H₂和a mol N₂放入0.5L密閉容器中，充分反應后測得N₂的轉化率為50%，物質濃度發(fā)生的變化如下：
                 N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始濃度（mol/L） 2a     4a         0
變化濃度（mol/L） a      3a         2a
平衡濃度（mol/L） a      a           2a        
該反應的平衡常數為：k=

C2(NH3)

C(N2)×C3(H2)

=

( 2a )2

a ×a3

=

4

a2

，
故答案為：

4

a2

；
（3）氨催化氧化的產物是一氧化氮和水，是工業(yè)生產硝酸獲得一氧化氮的一步反應，化學方程式為4NH₃+5O₂

Pt-Rh  .

△

4NO+6H₂O；平衡常數指各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值；K=

C4(NO)×C6(H2O)

C4(NH3)×C5(O2)

，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡向著逆向移動，化學平衡常數減小，
故答案為：4NH₃+5O₂

Pt-Rh  .

△

4NO+6H₂O；減�。�
（4）純堿和二氧化氮反應，生成亞硝酸鹽、硝酸鹽，根據化合價升降相等，配平反應的方程式，2NO₂+Na₂CO₃=NaNO₃+NaNO₂+CO₂；氫氣和二氧化氮反應4H₂+2NO₂

催化劑  .

=4H₂O+N₂，
故答案為：2NO₂+Na₂CO₃=NaNO₃+NaNO₂+CO₂；氮氣．

點評：本題主要考查化學平衡的影響因素、化學平衡平衡常數的應用等知識，掌握平衡移動與圖象的關系是解答的關鍵，題目難度中等．