Question

氮元素的單質及其化合物的研究和應用在工農業生產中有著非常重要的地位。工業制硝酸的主要反應之一是
（1）如果將4mol NH₃和5mol O₂放入容器中，達到平衡時放出熱量0.8akJ，則平衡時NH₃的轉化率為     。
（2）在一定條件下，容積固定的密閉容器中進行上述反應，NO的濃度與時間關系如圖所示，則NO的a、b、c三點的反應速率v（a正）、v（b逆）、v（c正）的大小關系是         。

（3）t℃時，在容積固定的密閉容器中發生上述反應，容器內各物質的濃度如下表：

①第2min到第4mim，反應速率v（O₂）=            ；
②第2min時改變了條件，改變的條件可能是         （從所給選項中選擇）；

A．降低溫度

B．增加了生成物

C．減小壓強

D．使用了高效催化劑

③在與第4min相同的溫度下，若起始向容器中加入NH₃、O₂、NO和H₂O（g）的濃度都為2moI/L，則該反應       （填“正反應方向進行”、“逆反應方向進行”、“不移動”）。
（4）硝酸廠的尾氣含有氮氧化物，不經處理直接排放將污染空氣。尿素（H₂NCONH₂）是一種非常重要的高氮化肥，在溫度70—95℃時，工業尾氣中的NO、NO₂可以用尿素溶液吸收，將其轉化為N₂，尿素與NO、NO₂三者等物質的量反應的化學方程式為         。
（5）目前科學家探索利用燃料氣體中的甲烷等將氮氧化物還原為氮氣和水，其反應機理為：


則1mol甲烷直接將NO₂還原為N₂的燴變為____         。

Answer 1

（14分，每空2分）（1）80%  (2)υ(a正)＞υ(b逆)＝υ(c正)
（3）①0.75mol/(L·min)（不帶單位給1分） ②D ③正反應方向進行
（4）CO(NH₂)₂＋NO＋NO₂CO₂＋2N₂＋2H₂O
（5）△H＝－867kJ/mol（或－867kJ·mol^－1）（無負號不給分）

試題分析：（1）根據熱化學方程式可知，若達到平衡時放出熱量0.8akJ，則消耗氨氣的物質的量是＝3.2mol，所以氨氣的轉化率是×100%＝80%。
（2）根據圖像可知，a點煤油達到平衡狀態，b和c點NO的濃度不再發生變化，屬于平衡狀態，因此NO的a、b、c三點的反應速率v（a正）、v（b逆）、v（c正）的大小關系是υ(a正)＞υ(b逆)＝υ(c正)。
（3）①根據表中數據可知，第2min到第4mim內氧氣的濃度減少了4.5mol/L－3.0mol＝1.5mol/L，所以反應速率v（O₂）＝1.5mol/L÷2min＝0.75mol/(L·min)。
②根據表中數據可知，前2分鐘內氧氣的濃度減少5.5mol/L－4.5mol＝1.0mol/L，即第2min時反應速率明顯高于前2分鐘的反應速率，所以改變的條件可能是使用了高效催化劑，答案選D。
③根據表中數據可知，平衡時NH₃、O₂、NO和H₂O（g）的濃度（2moI/L）分別是2.0、3.0、2.0、3.0，所以該溫度下反應的平衡常數K＝＝。如果起始向容器中加入NH₃、O₂、NO和H₂O（g）的濃度都為2moI/L，則此時Q＝＝0.5＞，所以該反應正反應方向進行。
（4）根據原子守恒可知，反應中除了生成氮氣以外，還有CO₂和水產生，則該反應的化學方程式是CO(NH₂)₂＋NO＋NO₂CO₂＋2N₂＋2H₂O。
（5）根據蓋斯定律可知，兩式相加即得到2CH₄(g)＋4NO₂(g)＝2CO₂(g)＋2N₂(g)＋4H₂O(g)，所以該反應的反應熱△H＝－574kJ/mol－1160kJ/mol＝－1734kJ/mol，則1mol甲烷直接將NO₂還原為N₂的燴變為△H＝－1734kJ/mol÷2＝－867kJ/mol。