Question

1．氨氣是一種重要的化工原料，在很多方面具有重要用途． SNCR-SCR就是一種應用氨氣作為原料的新型的煙氣脫硝技術（除去煙氣中的NO_x），其流程如圖1：

（1）反應2NO+2CO?2CO₂+N₂能夠自發(fā)進行，則該反應的△H＜0
（填“＞”或“＜”）．
（2）SNCR-SCR流程中發(fā)生的主要反應有：
4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1627.2kJ•mol^-1；
6NO（g）+4NH₃（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1807.0kJ•mol^-1；
6NO₂（g）+8NH₃（g）?7N₂（g）+12H₂O（g）△H=-2659.9kJ•mol^-1；
反應N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）的△H=+179.8kJ•mol^-1．
（3）NO和NH₃在Ag₂O催化劑表面的反應活性隨溫度的變化曲線見圖2．

①由圖可以看出，脫硝工藝流程應在有氧（填“有氧”或“無氧”）條件下進行．
②隨著反應溫度的進一步升高，在有氧的條件下NO的轉化率明顯下降的可能原因是溫度升高，發(fā)生了副反應：4NH₃+5O₂═4NO+6H₂O或者溫度升高，NO_x和NH₃反應的化學平衡向逆反應方向移動．
（4）實驗室模擬工業(yè)制氨的過程，探究條件對平衡的影響．
Ⅰ．現有兩容器，甲是容積可變的容器，乙是容積固定為2L的密閉容器，分別向甲、乙兩容器中均充入N₂0.6mol，H₂0.5mol，在一定溫度下進行N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
△H=-92.4kJ/mol反應，t₁時達到平衡，甲容器中N₂的轉化率為$\frac{1}{6}$，體積為1L．
①該溫度時甲容器中平衡體系的平衡常數是10．
②若保持甲容器的溫度和壓強不變，向甲容器的平衡體系再中通入0.9mol N₂，則平衡將逆向（填“正向”、“逆向”或“不”）移動．
③若達平衡時要使甲、乙兩容器中NH₃的體積分數相同，可以采取的措施是BD．
A．保持溫度不變，將乙容器內的壓強增加到原來的1.5倍
B．保持溫度不變，向乙容器中再充入0.6mol N₂和0.5mol H₂
C．升高乙容器的溫度
D．保持甲容器的體積為1L不變，升高甲容器的溫度
Ⅱ．若改用圖3裝置針對氨的分解（2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g））進行探究實驗，其中P是可自由平行滑動的活塞．在相同溫度時，向A容器中充入4mol NH₃（g），關閉K，向B容器中充入2molNH₃（g），兩容器分別發(fā)生反應．
已知起始時容器A和B的體積均為aL．試回答：
①反應達到平衡時容器B的體積為1.2a L，容器B中NH₃轉化率為20%．
②若打開K，一段時間后重新達到平衡，容器B的體積為2.6aL（連通管中氣體體積忽略不計，且不考慮溫度的影響）．

Answer 1

分析 （1）反應2NO+2CO?2CO₂+N₂是熵增的反應，△G=△H-T△S＜0反應自發(fā)進行；
（2）已知：①4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1627.2kJ•mol^-1；
②6NO（g）+4NH₃（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1807.0kJ•mol^-1；
③6NO₂（g）+8NH₃（g）?7N₂（g）+12H₂O（g）△H=-2659.9kJ•mol^-1；
根據蓋斯定律，①-②可得：N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）；
（3）①從圖上可知，有氧情況下，NO轉化率高；
②反應4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1627.2kJ•mol^-1是放熱反應，升溫平衡逆向移動，溫度升高時還會發(fā)生氨氣的催化氧化；
（4）Ⅰ．①t₁時達到平衡，甲容器中N₂的轉化率為$\frac{1}{6}$，轉化的氮氣為0.1mol，則：
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：0.6    0.5        0
變化量（mol）：0.1    0.3        0.2
平衡量（mol）：0.5    0.2        0.2
體積為1L，用物質的量代替濃度代入K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$計算；
②若保持甲容器的溫度和壓強不變，向甲容器的平衡體系再中通入0.9mol N₂，此時容器的容積為1L×$\frac{0.9mol+0.9mol}{0.9mol}$=2L，再計算濃度商Qc，與平衡常數比較判斷；
③甲為恒溫恒壓，乙為恒溫恒容，平衡時乙中壓強減小，乙等效為在甲平衡基礎壓強減小，平衡逆向移動，則平衡時甲器中NH₃的體積分數較大，若達平衡時要使甲、乙兩容器中NH₃的體積分數相同，二者為等效平衡．
A．保持溫度不變，將乙的體積壓縮到1L，即壓強增大一倍，與甲平衡等效；
B．保持溫度不變，向乙容器中再充入0.6mol N₂和0.5mol H₂，等效為開始加入1.2mol氮氣、1mol氫氣，進一步等效為乙中壓強增大一倍；
C．反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行，氨氣體積分數更��；
D．保持甲容器的體積為1L不變，升高甲容器的溫度，平衡逆向進行，可以達到和乙容器中氨氣體積分數相同；
Ⅱ．①B為恒溫恒壓條件下，容器的容積與氣體的物質的量成正比，反應達到平衡時容器B的體積為1.2a L，說明達到平衡時氣體的物質的量為反應前的1.2倍，即平衡時混合氣體的物質的量為2.4mol，設反應消耗的氨氣為xmol，則：
           2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）
起始量（mol）：2        0       0
變化量（mol）：x        0.5x    1.5x
平衡量（mol）：2-x      0.5x    1.5x
則2-x+0.5x+1.5x=2.4，解得x=0.4，進而計算氨氣的轉化率；
②若打開K，一段時間后重新達到平衡，在恒溫恒壓條件下，與向B中通入6mol氨氣達到的平衡為等效平衡，平衡時氨氣的轉化率不變，平衡時體積為通入2mol氨氣平衡時體積的3倍．

解答 解：（1）反應2NO+2CO?2CO₂+N₂是熵增的反應，反應自發(fā)進行，△H-T△S＜0，則該反應的△H＜0，故答案為：＜；
（2）①4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1627.2kJ•mol^-1；
②6NO（g）+4NH₃（g）?5N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1807.0kJ•mol^-1；
③6NO₂（g）+8NH₃（g）?7N₂（g）+12H₂O（g）△H=-2659.9kJ•mol^-1；
依據蓋斯定律①-②得到N₂（g）+O₂（g）?2NO（g）△H=+179.8kJ•mol^-1；
故答案為：+179.8；
（3）①從圖上可知，有氧情況下，NO轉化率高，故答案為：有氧；
②反應4NO（g）+4NH₃（g）+O₂（g）?4N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1627.2kJ•mol^-1是放熱反應，升溫平衡逆向移動，溫度升高時還會發(fā)生氨氣的催化氧化，
故答案為：溫度升高，發(fā)生了副反應：4NH₃+5O₂═4NO+6H₂O或者溫度升高，NO_x和NH₃反應的化學平衡向逆反應方向移動；
（4）Ⅰ．①t₁時達到平衡，甲容器中N₂的轉化率為$\frac{1}{6}$，轉化的氮氣為0.1mol，則：
           N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：0.6   0.5        0
變化量（mol）：0.1   0.3        0.2
平衡量（mol）：0.5   0.2        0.2
體積為1L，可以用物質的量代替濃度計算平衡常數，則K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0．{2}^{2}}{0.5×0．{2}^{3}}$=10，
故答案為：10；
②若保持甲容器的溫度和壓強不變，向甲容器的平衡體系再中通入0.9mol N₂，此時容器的容積為1L×$\frac{0.9mol+0.9mol}{0.9mol}$=2L，濃度商Qc=$\frac{（\frac{0.2}{2}）^{2}}{\frac{1.4}{2}×（\frac{0.2}{2}）^{3}}$=14.3＞10，平衡向逆反應進行，
故答案為：逆向；
③甲為恒溫恒壓，乙為恒溫恒容，平衡時乙中壓強減小，乙等效為在甲平衡基礎壓強減小，平衡逆向移動，則平衡時甲器中NH₃的體積分數較大，若達平衡時要使甲、乙兩容器中NH₃的體積分數相同，二者為等效平衡．
A．保持溫度不變，將乙的體積壓縮到1L，即壓強增大一倍，與甲平衡等效，若壓強增加到原來的1.5倍，不是原平衡2倍，等效為再甲平衡基礎上降低壓強，平衡正向移動，氨氣的體積分數比甲中大，故A錯誤；
B．保持溫度不變，向乙容器中再充入0.6mol N₂和0.5mol H₂，等效為開始加入1.2mol氮氣、1mol氫氣，進一步等效為乙中壓強增大一倍，與甲為等效平衡，故B正確；
C．反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行，所以升高乙容器的溫度，氨氣體積分數更小；
D．保持甲容器的體積為1L不變，升高甲容器的溫度，平衡逆向進行，可以達到和乙容器中氨氣體積分數相同，故D正確，
故選：BD；
Ⅱ．①B為恒溫恒壓條件下，容器的容積與氣體的物質的量成正比，反應達到平衡時容器B的體積為1.2a L，說明達到平衡時氣體的物質的量為反應前的1.2倍，即平衡時混合氣體的物質的量為2.4mol，設反應消耗的氨氣為xmol，則：
           2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）
起始量（mol）：2        0       0
變化量（mol）：x        0.5x    1.5x
平衡量（mol）：2-x      0.5x    1.5x
則2-x+0.5x+1.5x=2.4，解得x=0.4，則氨氣的轉化率為$\frac{0.4mol}{2mol}$×100%=20%，
故答案為：20%；
②若打開K，一段時間后重新達到平衡，在恒溫恒壓條件下，與向B中通入6mol氨氣達到的平衡為等效平衡，平衡時氨氣的轉化率不變，平衡時體積為通入2mol氨氣平衡時體積的3倍，則平衡時總體積為1.2aL×3=3.6aL，故B的體積為3.6aL-aL=2.6aL，
故答案為：2.6a．

點評 本題考查化學平衡計算、化學平衡影響因素、等效平衡、反應熱計算等，注意對等效平衡思想的理解應用，難度較大．