工业上以氨气为原料(铂铑合金网为催化剂)催化氧化法制硝酸的过程如下:
(1)已知反应一经发生,铂铑合金网就会处于红热状态.写出氨催化氧化的化学方程式:______.当温度升高时,化学平衡常数K值______(填“增大”、“减小”或“不变”)
(2)硝酸厂尾气常用的处理方法是催化还原法:催化剂存在时用H2将NO2还原为N2.
已知:2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=a kJ-mol-1
N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H=b kJ-mol-1
H2O(l)=H2O(g)△H=c kJ-mol-1
则反应2NO2(g)+4H2(g)=N2(g)+4H2O(l)的△H=______.(用a、b、c表示)
(3)①氨气是制取硝酸的重要原料,合成氨反应的化学方程式为N2+3H2
2NH3,该反应在固定容积的密闭容器中进行.下列各项标志着该反应达到化学平衡状态的是______(填序号)催化剂 . 高温高压
A.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1:3:2
B.3v正(N2)=v逆(H2)
C.容器内压强保持不变
D.混合气体的密度保持不变
E.1mol N≡N键断裂,同时1mol H-H键断裂
②若在恒温条件下,将N2与H2按一定比例混合通入一个容积为2L的固定容积的密闭容器中,5min后反应达平衡,n(N2)=1mol,n(H2)=1mol,n(NH3)=2mol,则反应速率v(N2)=______,平衡常数K=______.若保持容器的温度和容积不变,将上述平衡体系中的混合气体的浓度增大1倍,则平衡______(填“向左”、“向右”或“下”)移动.平衡常数K______(填“变大”“变小”“不变”)
(1)氨催化氧化的产物是一氧化氮和水,是工业生产硝酸获得一氧化氮的反应,化学方程式为4NH3+5O2
4NO+6H2O.平衡常数K=催化剂 . △
,已知反应一经发生,铂铑合金网就会处于红热状态.可知反应是放热反应,随着温度的升高,K减小,故答案为:4NH3+5O2生成物平衡浓度系数次方的乘积 反应物平衡浓度系数次方的乘积
4NO+6H2O,减小;催化剂 . △
(2)已知:
①2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=a kJ?mol-1
②N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)△H=b kJ?mol-1
③H2O(l)=H2O(g)△H=c kJ?mol-1
则反应2NO2(g)+4H2(g)=N2(g)+4H2O(l)的△H,由盖斯定律可知,①×2-②-4×③得△H=(2a-b-4c)kJ/mol,故答案为:(2a-b-4c)kJ/mol;
(3)①A.反应平衡时各物质的浓度是否相等,取决于起始时各物质的量的关系和转化的程度,故A错误;
B.反应达到平衡时,正逆反应速率相等,3v正(N2)=v逆(H2),v正(N2)表示消耗N2的速率,v逆(H2)表示生成H2的速率,且v正(N2):v逆(H2)=1:3,充分说明向两个相反方向进行的程度相当,故B正确;
C.该反应是反应前后气体体积有变化的反应,所以达到平衡状态时,正逆反应速率相等,平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化,该容器中的压强不再变化时,反应达到平衡状态,故C正确;
D.根据质量守恒,反应前后混合气体的质量不变,容器的体积不变,所以混合气体的密度始终不变,不能证明该反应是否达到平衡状态,故D错误;
E.无论反应是否达到平衡状态,只要断裂1mol N≡N键断裂同时,就断裂3molH-H键,故E错误;故选B、C;
②5分钟后反应达平衡时,n(N2)=1mol,n(H2)=1mol,n (NH3)=1mol,
设参加反应的氮气的物质的量为x,则参加反应的氢气的物质的量为3x,则
N2 +3H2 ?2NH3
1 3 2
x 3x 2mol
x=1mol,反应速率V(N2)═
=0.1mol/(L?min),平衡时的浓度分别为c(N2)=0.5mol/L、c(H2)=0.5mol/L,c (NH3)=1mol/L,则平衡常数K=1mol 2L 5min
=16;上述平衡体系中的混合气体的浓度增大1倍,相当于缩小体积,则压强增大,化学平衡正向移动,即向右移动;化学平衡常数只与温度有关,与物质的浓度无关;故答案为:0.1mol/(L?min),16,向右,不变;生成物平衡浓度系数次方的乘积 反应物平衡浓度系数次方的乘积