Question

（15分）氨气是一种重要的化工原料，大量用于制造尿素、纯碱、铵态氮肥以及硝酸，在有机合成工业中制合成纤维、塑料、染料等。请回答下列问题：

（1）氨气是工业制备硝酸的重要原料，已知下列三个热化学方程式：

① N₂ (g)+ 3H₂ (g) 2NH₃ (g)  △H₁

② 4NH₃(g) +5O₂ (g)＝ 4NO(g) +6H₂O(l)   △H₂

③ N₂ (g)+ O₂ (g)＝ 2NO (g)  △H

能否应用△H₁和△H₂表示△H？

若能用△H₁和△H₂表示△H，则写出△H=                         ；若不能，说明理由：

                                   。

（2）在相同的温度下，容积相等的两个恒容密闭容器（编号分别为a和b）中，一定量的氮气和氢气发生下列可逆反应：

N₂(g) ＋ 3H₂(g)  2NH₃(g)  △H＝－92.4 kJ/mol

实验测得反应起始时各物质的物质的量及平衡时放出的热量如下表：

容器编号	起始时各物质物质的量/mol	平衡时反应
N2	H2	NH3
a	1	3	0	23.1
b	2	6	0	未知（用E表示）

下列说法正确的是          （填序号）

① 反应a和反应b的氢气转化率相同

②利用已知数据可以计算反应b的平衡常数

③利用已知数据可以计算反应b放出的能量E

④平衡时a、b两个反应的氨气体积分数为1:1

（3）温度为400℃、压强为30Mpa的情况下，密闭容器中发生氢气与氮气的合成氨反应：N₂(g)+3H₂(g)  2NH₃(g)   △H＜0 。

氨气的物质的量[n(NH₃)]和氢气的物质的量[n(H₂)]随时间变化的关系如下图：

正反应速率最大的点是        （选填a、b、c、d中的一个或几个），氮气的物质的量[n(N₂)]相等的两点是        （选填a、b、c、d中的两个）；保持其他条件不变，将温度改为600℃，在上图中画出反应达到平衡的过程中氨气的变化曲线。

（4）工业合成氨用煤制备原料气氢气时，往往排放大量的二氧化碳。实际工业生成中可利用二氧化碳联合生产二甲醚（CH₃OCH₃），一定条件下，在容积固定的密闭设备中发生反应：

2CO₂(g)＋6H₂(g)CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(g)   △H＜0

两个密闭恒容容器中在温度均为T且保持不变的情况下进行上述反应，一段时间后测得两个容器中有关数据及正逆反应速率关系如下表：

容器	c(CO2) /mol·L－1	c(H2) /mol·L－1	c(CH3OCH3) /mol·L－1	c(H2O) /mol·L－1	v (正)和v (逆)比较
容器I	1.0×10－2	1.0×10－2	1.0×10－4	1.0×10－4	v (正)＝v (逆)
容器II	2.0×10－2	1.0×10－2	1.0×10－4	2.0×10－4

容器I中的反应       (选填“是”或“否”)达到平衡状态，该反应在温度为T时的平衡常数K=          。表格内的空格处v(正)与v(逆)的大小关系是                。

 

Answer 1

【答案】

（1）不能，缺少氢气的燃烧热  （2分）

（2）②③  （2分）

（3）a  （2分）  cd  （2分）    （2分）

（4）是  （1分） 1.0 （3分）  v(正)＜v(逆) （1分） 

【解析】（1）根据盖斯定律可知，反应①②无法得到反应③，因为缺少氢气的燃烧热。

（2）容器b相当于在容器a的基础上增大压强，平衡向正反应方向移动，所以b中转化率高，①、④不正确。根据a中放出的热量可以得出该温度下的平衡常数。又因为ab中温度相同，平衡常数相同，所以能计算出b中放出的热量，因此②③正确，答案选②③。

（3）反应物的浓度越大，正反应速率越大，开始阶段反应物的浓度越大，所以答案选a点。Cd两点属于平衡状态，氮气的物质的量相同。应用正反应是放热反应，所以升高温度，反应速率都是增大的，但平衡时氨气的浓度是减小的，所以图像为（见答案）。

（4）容器1中正逆反应速率是相等的，所以反应处于平衡状态。根据平衡时物质的浓度可知，平衡常数是。根据表中数据可知＞1，所以正反应速率小于逆反应速率。