硝酸是一种重要的化工原料,工业上生产硝酸的主要过程如下:

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  • 解题思路:(1)①提高H2转化率可以采取的措施,平衡正向进行,结合平衡移动原理分析判断;

    ②反应的方程式为N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g),依据化学平衡三段式列式计算得到;恒压容器中压强大于恒容容器中,平衡正向进行,转化率增大;

    (2)①氨气的催化氧化生成一氧化氮和水,依据原子守恒配平写出;

    ②2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g))△H>0.反应是气体体积减小的吸热反应;

    a、压强不变说明反应达到平衡;

    b、反应是吸热反应升温正逆反应速率增大,平衡正向进行;

    c、反应中气体质量守恒,体积不变,过程中密度不变;

    d、依据图象分析器内NO2的体积分数在t3~t4时最大;

    (3)依据热化学方程式和盖斯定律计算得到;

    (4)①原电池中正极得电子的物质发生还原反应;

    ②NiO电极上NO失电子和氧离子反应生成二氧化氮.

    (1)①反应为N2+3H2⇌2NH3 △H<0,提高H2转化率,应使平衡向正反应方向移动,则

    a.使用催化剂,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;

    ②N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)

    开始(mol) 1 3 0

    转化(mol) x 3x 2x

    平衡(mol)1-x 3-3x 2x

    [1−x+3−3x+2x/1+3]=[15/16],

    x=0.125,

    N2的转化率a1=[0.125/1]×100%=12.5%,

    正反应是气体体积减小的反应,容器压强恒定,相当于在恒容的条件下增大压强,平衡向正反应进行,氮气的转化率增大,所以a2>a1

    故答案为:12.5%;>;

    (2)①氨气的催化氧化反应方程式为:4NH3+5O2

    催化剂

    .

    4NO+6H2O,故答案为:4NH3+5O2

    催化剂

    .

    4NO+6H2O;

    ②a.该反应正反应是气体物质的量减小的反应,恒温恒容下条件下,压强不变,说明到达平衡,故a正确;

    b.正反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应移动,在t2时,正、逆速率都增大,且正反应速率增大更多,平衡向正反应移动,该反应正反应是气体体积减小的反应,增大压强平衡向正反应进行,转化率增大,故b错误;

    c.恒容条件下,反应混合气体的总质量不变,密度始终不变,所以不能说明反应达到平衡状态,故c错误;

    d.由图可知,在t2时,改变条件平衡向正反应移动,t3时到达平衡,t4时瞬间正反应速率不变,逆反应速率减小,平衡向正反应进行,应是NO2降低的浓度,故容器内NO2的体积分数在t3时值的最大,故d正确;

    故选ad;

    (3)已知:Ⅰ、2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-483.5kJ/mol

    Ⅱ、N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H=+133kJ/mol

    由盖斯定律可知,Ⅰ×2-Ⅱ得4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g),

    故△H=2×(-483.5kJ/mol)-133kJ/mol=-1100kJ/mol,

    故热化学方程式为:4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g)△H=-1100kJ/mol,

    故答案为:4H2(g)+2NO2(g)=N2(g)+4H2O(g)△H=-1100kJ/mol;

    (4)①装置无外接电源,故为原电池,铂电极上氧气得电子生成氧离子而被还原,发生还原反应,故答案为:还原;

    ②NiO电极上NO失电子和氧离子反应生成二氧化氮,所以电极反应式为:NO+O2--2e-=NO2,故答案为:NO+O2--2e-=NO2

    点评:

    本题考点: 化学平衡的影响因素;化学电源新型电池;化学平衡状态的判断;化学平衡的计算.

    考点点评: 本题考察范围广,难度大,主要考查了平衡移动、平衡计算、盖斯定律、电化学相关知识.