Question

【題目】研究氨氧化物與懸浮在大氣中海鹽粒子的相互作用時，涉及如下反應：

2NO2(g)＋NaCl(s)NaNO3(s)＋ClNO(g)　K1　ΔH1<0(Ⅰ)

2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)　 K2　 ΔH2<0 (Ⅱ)

(1)4NO2(g)＋2NaCl(s)2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常數(shù)K＝________(用K1、K2表示)。

(2)為研究不同條件對反應(Ⅱ)的影響，在恒溫條件下，向2 L恒容密閉容器中加入0.2 mol NO和0.1 mol Cl2，10 min時反應(Ⅱ)達到平衡。測得平衡后n(Cl2)＝2.5×10－2 mol，10 min內υ(ClNO)＝________________，則NO的轉化率α1＝________。其他條件保持不變，反應(Ⅱ)在恒壓條件下進行，平衡時NO的轉化率α2 ________α1(填“>”、“<”或“＝”)，

(3)氨氣是工業(yè)制硝酸的主要原料之一，催化氧化步驟中發(fā)生的主要反應如下：

I. 4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(g) △H =-906 kJ·mol－1

II.4NH3(g) + 3O2(g) 2N2(g) + 6H2O(g) △H = -1266 kJ·mol－1

在1L的密閉容器中充入1 mol NH3和2 mol O2，測得有關物質的物質的量與反應溫度的關系如圖所示。

①催化氧化步驟中，最適宜的溫度為_________________(填“T1”或“T2” 或“T３”)

②寫出N2和O2生成NO的熱化學方程式________。

③溫度為T2時，反應II的平衡常數(shù)K =_________________(只列算式)

Answer 1

【答案】K12/K2 7.5×10－3 mol·L－1·min－1 75% > T３ N2(g)＋O2(g)2NO(g) △H= +180.5kJ·mol－1 0.22×0.96/0.44×1.453 mol·L－1

【解析】

（1）分別寫出（Ⅰ）（Ⅱ）反應的平衡常數(shù)K1=c(ClNO)÷c2(NO2)

K2= c2(ClNO)÷[c2(NO)c(Cl2)]，根據(jù)反應4NO2（g）+2NaCl（s）2NaNO3（s）+2NO（g）+Cl2（g）可知該反應平衡常數(shù)K=c(Cl2)×c2(NO)÷[c4(NO2)]= K12/K2；

（2）在恒溫條件下，向2L恒容密閉容器中加入0.2mol NO和0.1mol Cl2，10min時反應（Ⅱ）達到平衡，測得10min內v（ClNO）=7.5×10-3molL-1min-1，物質的量為7.5×10-3molL-1min-1×10min×2L=0.15mol，然后依據(jù)平衡三段式列式計算；

(3)根據(jù)生成物氮氣、NO的物質的量判斷催化劑對反應的選擇性；

反應Ⅰ為放熱反應，在T３時，反應達到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升高溫度，平衡逆向移動，從而使NO物質的量減少；

T2平衡時n(NO)＝n(N2)＝0.2mol，利用方程式計算兩個反應消耗的氨氣、氧氣物質的量以及生成的水的物質的量，可以計算平衡時氨氣與氧氣物質的量，由于容器體積為1L，利用物質的量代替濃度帶入K=c4(NO)c6(H2O)c4(NH3)c5(O2)計算；

(1)( 分別寫出（Ⅰ）（Ⅱ）反應的平衡常數(shù)K1=c(ClNO)÷c2(NO2)

K2= c2(ClNO)÷[c2(NO)c(Cl2)]，根據(jù)反應4NO2（g）+2NaCl（s）2NaNO3（s）+2NO（g）+Cl2（g）可知該反應平衡常數(shù)K=c(Cl2)×c2(NO)÷[c4(NO2)]= K12/K2；

第二種方法：反應③=①×2②,則K= K12/K2，

故答案為：K12/K2；

(2)在恒溫條件下,向2L恒容密閉容器中加入0.2molNO和0.1molCl2,10min時反應(Ⅱ)達到平衡,測得10min內υ(ClNO)= 7.5×10－3 mol·L－1·min－1,物質的量為7.5×103molL1min1×10min×2L=0.15mol，則：

2NO(g)＋Cl2(g)2ClNO(g)，

起始量(mol)0.2 0.1 0

變化量(mol)0.15 0.075 0.15

平衡量(mol)0.05 0.025 0.15

則平衡后n(Cl2)=0.025mol，

NO的轉化率α1=0.15mol÷0.2mol×100%=75%；

其他條件保持不變,反應(Ⅱ)在恒壓條件下進行,隨反應進行,氣體體積減小,為保持恒壓所以容器體積減小,壓強增大,平衡正向進行,平衡時NO的轉化率α2增大;

故答案為：7.5×10－3 mol·L－1·min－1；75%；>；

(3) ①由圖可知，該催化劑在高溫時，生成的NO物質的量遠大于氮氣的，故該催化劑在高溫下選擇反應I，催化劑在低溫下選擇反應Ⅱ，反應Ⅰ為放熱反應，在T3時，反應達到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升高溫度，平衡逆向移動，從而使NO物質的量減少；

故答案為：T３

②有蓋斯定律得：（I- II）÷2即是N2(g)＋O2(g)2NO(g) △H= +180.5kJ·mol－1

故答案為：N2(g)＋O2(g)2NO(g) △H= +180.5kJ·mol－1

③在1L密閉容器中充入span>1molNH3和2molO2，T2平衡時n(NO)＝n(N2)＝0.2mol，則：

4NH3(g)+5024NO(g)+6H2O(g)

變化(mol)：0.2 0.25 0.2 0.3

4NH3(g)+302(g)2N2(g)+6H2O(g)

變化(mol)：0.4 0.3 0.2 0.6

故平衡時，n(NH3)＝1mol0.2mol0.4mol＝0.4mol，n(O2)＝2mol0.25mol0.3mol＝1.45mol，n(H2O)＝0.3mol+0.6mol＝0.9mol，由于容器體積為1L，利用物質的量代替濃度計算平衡常數(shù)K= K=c2(N2)c6(H2O)÷(c4(NH3)c3(O2))= 0.22×0.96/0.44×1.453 mol·L－1

故答案為：0.22×0.96/0.44×1.453 mol·L－1