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工业合成氨的反应为:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)    △H<0。某实验将3.0 mol N2(g)和4. 0 mol H2(g)充入容积为10L的密闭容器中,在温度T1下反应。测得H2的物质的量随反应时间的变化如下图所示。

(1)反应开始3min内,H2的平均反应速率为                         
(2)计算该条件下合成氨反应的化学平衡常数(写出计算过程,结果保留2位有效数字)。
(3)仅改变温度为T2 ( T2小于TI)再进行实验,请在答题卡框图中画出H2的物质的量随
反应时间变化的预期结果示意图。
(4)在以煤为主要原料的合成氨工业中,原料气氢气常用下述方法获得:

写出上述CO与H2O(g)反应的热化学方程式:                     
(5)合成氨工业中,原料气(N2、H2混有少量CO、NH3)在进入合成塔之前,用醋酸二氨合铜(I)溶液来吸收CO其反应为:CH3COO[Cu(NH3)2]+CO+NH3CH3COO[Cu(NH3)3]?CO  △H<0。写出提高CO吸收率的其中一项措施:               

(16分)(1)0.080mol/(L·min) (3分,单位漏扣1分)
(2)(共5分)解:依题意,平衡时H2的浓度为0.10 mol/L,则
N2(g)  +  3H2(g)   2NH3(g)
起始浓度(mol/L)      0.30     0.40          0
转化浓度(mol/L)      0.10     0.30          0.20
平衡浓度(mol/L)      0.20     0.10          0.20      (1分)
K===2.0×102 (L/mol)2
(4分,其中代入公式、代入数值各1分;结果2分,代入数值不带单位不扣分,有效数字错误扣1分。)
(3)(2分,注意曲线起点、斜率、平衡点(t>8min,n(H2)<1.0mol)要素有错,每个要素扣1分,不标注温度扣1分直至0分,)

(4)CO(g)+H2O(g)==CO2(g)+H2(g) ΔH="+2.8" kJ/mol
(4分,状态错漏该小题0分,其中:方程式2分,ΔH 2分,错漏单位扣1分。其他计量数,合理即给分)
(5)高压,低温,加入浓氨水 ,增大醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液浓度,及时分离CH3COO[Cu(NH3)3]·CO等任写一点,用催化剂不给分(2分,合理即给分)

解析试题分析:(1)读图可知,氢气的物质的量从4.0mol减小到1.6mol,则v(H2)====0.080mol/(L?min),注意要保留两位有效数字;(2)图中氢气平衡时的物质的量为1.0mol,由于c=n/V,则氢气的平衡浓度为0.10mol/L,则
N2(g)  +  3H2(g)   2NH3(g)
起始浓度(mol/L)      0.30     0.40         0
转化浓度(mol/L)      0.10     0.30          0.20
平衡浓度(mol/L)      0.20     0.10          0.20      (1分)
K===2.0×102 (L/mol)2
(3)焓变小于0,说明合成氨是放热反应,其它条件相同时,降低温度,反应速率减小,平衡向正反应方向移动,则达到平衡的时间比原平衡时增大,平衡时氢气的物质的量比原平衡时减小,由此可以画出T2时氢气的物质的量随反应时间变化的曲线;(4)先给已知反应编号为①②,观察可知,反应①—②可以约去1/2O2(g),根据盖斯定律可得:CO(g)+H2O(g)==CO2(g)+H2(g) ΔH="+2.8" kJ/mol;(5)由于正反应是气体体积减小的放热反应,根据外界条件对平衡移动的影响规律,降低温度、增大醋酸二氨合铜(I)或氨气的浓度、减小CH3COO[Cu(NH3)3]?CO的浓度或及时移走CH3COO[Cu(NH3)3]?CO,都能使平衡右移,上述措施可以提高CO吸收率。
考点:考查化学反应原理,涉及平均反应速率计算、化学平衡常数计算、画出温度对反应速率和平衡移动的影响图像、热化学方程式的书写、盖斯定律、外界条件对平衡移动的影响等。

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:填空题

SNCR-SCR是一种新型的烟气脱硝技术(除去烟气中的NOx),其流程如下:

(1)反应2NO+2CO2CO2+N2能够自发进行,则该反应的ΔH       0(填“>”或“<”)。
(2)SNCR-SCR流程中发生的主要反应有:
4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g) ΔH=-1627.2kJ?mol-1
6NO(g)+4NH3(g)5N2(g)+6H2O(g) ΔH=-1807.0 kJ?mol-1
6NO2(g)+8NH3(g)7N2(g)+12H2O(g) ΔH=-2659.9 kJ?mol-1
反应N2(g)+O2(g)2NO(g)的ΔH=          kJ?mol-1
(3)NO和NH3在Ag2O催化剂表面的反应活性随温度的变化曲线见图。

①由图可以看出,脱硝工艺流程应在    (填“有氧”或“无氧”)条件下进行。
②随着反应温度的进一步升高,在有氧的条件下NO的转化率明显下降的可能原因是                                   
(4)NO2也可用尿素[CO(NH2)2]还原,写出尿素与NO2反应的化学方程式:                         
(5)NO2、O2和熔融NaNO3可制作燃料电池,其原理见图11。该电池在使用过程中石墨I电极上生成氧化物Y,其电极反应为                             。若生成1molY,则理论上需要消耗标准状况下氧气的体积为       L。

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科目:高中化学 来源: 题型:问答题

硫及其化合物在自然界中广泛存在,运用相关
原理回答下列问题:
(1)如图表示一定温度下,向体积为10L的密闭容器中充入1molO2和一定量的SO2后,SO2和SO3(g)的浓度随时间变化的情况。
①该温度下,从反应开始至平衡时氧气的平均反应速率是      
②该温度下,反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)的平衡常数为              
(2)以黄铜矿(主要成分CuFeS2)为原料,经焙烧、熔炼等使铁元素及其他有关杂质进入炉渣,将铜元素还原为铜。发生的主要反应为:
2Cu2S(s)+3O2(g) = 2Cu2O(s)+2SO2(g) △H ="-768.2" kJ·mol-1
2Cu2O(s)+ Cu2S (s) = 6Cu(s)+SO2(g) △H ="+116.0" kJ·mol-1
①“焙烧”时,通入少量空气使黄铜矿部分脱硫生成焙砂(主要成分是Cu2S和FeS,其物质的量比为1:2)和SO2,该反应的化学方程式为:              
②在熔炼中,Cu2S与等物质的量的O2反应生成Cu的热化学方程式为:      

(3)用电解的方法将硫化钠溶液氧化为多硫化物的研究具有重要的实际意义,将硫化物转变为多硫化物是电解法处理硫化氢废气的一个重要内容。
如图,是电解产生多硫化物的实验装置:
①已知阳极的反应为:(x+1)S2=SxS2+2xe,则阴极的电极反应式是:                  
当反应转移xmol电子时,产生的气体体积为        (标准状况下)。
②将Na2S·9H2O溶于水中配制硫化物溶液时,通常是在氮气气氛下溶解。其原因是(用离子反应方程式表示):             

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科目:高中化学 来源: 题型:计算题

高炉炼铁是冶炼铁的主要方法。
(1)从炼铁高炉口排出的尾气中含有一定量的有毒气体              (填化学式),会污染空气。100多年前,人们曾耗巨资改建高炉,结果尾气中的该物质含量并未减少。高炉炼铁的主要反应方程式为(设铁矿石用磁铁矿)                             
(2)已知:①4Fe(s) + 3O2=2Fe2O3(s)    ΔH1 
②4Fe3O4(s)+O2(g)=6Fe2O3(s)         ΔH2 
③3Fe(s)+2O2(g)=Fe3O4(s)           ΔH3 
则ΔH2      (用含上述ΔH的代数式表示)。
(3)高铁酸钠(Na2FeO4)是铁的一种重要化合物,可用电解法制备,阳极材料为铁,其电解质溶液应选用_______ (填H2SO4、HNO3、KOH、NaOH、Na2SO4)溶液,原因是_____________,阳极反应式为_________________。
(4)某温度下,HX的电离平衡常数K为1×10-5。计算该温度下0.100mol/L的HX溶液的     H浓度。(平衡时HX的浓度以0.100mol/L计,水的电离忽略不计,写出计算过程。)

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科目:高中化学 来源: 题型:计算题

目前工业合成氨的原理是:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  △H=-93.0kJ /mol;另据报道,一定条件下:2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g)  △H=" +1530.0kJ" /mol。
(1)氢气的燃烧热△H=_______________kJ/mol。
(2)在恒温恒压装置中进行工业合成氨反应,下列说法正确的是      

A.气体体积不再变化,则已平衡
B.气体密度不再变化,尚未平衡
C.平衡后,往装置中通入一定量Ar,压强不变,平衡不移动
D.平衡后,压缩装置,生成更多NH3
(3)在恒温恒容装置中进行合成氨反应,各组分浓度-时间图像如下。

① 表示N2浓度变化的曲线是        
② 前25 min 内,用H2浓度变化表示的化学反应速率是                
③ 在25 min末刚好平衡,则平衡常数K =           
(4)在第25 min 末,保持其它条件不变,升高温度,在第35 min末再次平衡。平衡移动过程中H2浓度变化了1.5 mol·L1,在图中画出第25 min ~ 40 min NH3浓度变化曲线。
(5)已知常温下,NH4+ 的水解常数为1.0×109,则0.1mol/L NH4Cl溶液pH=           。(忽略NH4+水解对NH4+浓度的影响)

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科目:高中化学 来源: 题型:计算题

甲烷和氨在国民经济中占有重要地位。
(1)制备合成氨原料气H2,可用甲烷蒸汽转化法,主要转化反应如下:
CH4(g) + H2O(g)  CO(g) + 3H2(g)   ΔH =" +206.2" kJ/mol
CH4(g) + 2H2O(g)  CO2(g) +4H2(g)  ΔH = +165.0kJ/mol
上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒,必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO2,同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应,该反应的热化学方程式是                 
(2)工业生产尿素的原理是以NH3和CO2为原料合成尿素[CO(NH2)2],反应的化学方程式为:2NH3 (g)+ CO2 (g) CO(NH2)2 (l) + H2O (l),该反应的平衡常数和温度关系如下:

T / ℃
165
175
185
195
K
111.9
74.1
50.6
34.8
 
① 反应热ΔH(填“>”、“<”或“=”)_______0。
② 在一定温度和压强下,若原料气中的NH3和CO2的物质的量之比(氨碳比),下图是氨碳比(x)与CO2平衡转化率(α)的关系。求图中的B点处,NH3的平衡转化率。

(3)已知甲烷燃料电池的工作原理如下图所示。该电池工作时,a口放出的物质为_________,该电池正极的电极反应式为:____          ,工作一段时间后,当3.2g甲烷完全反应生成CO2时,有         mol 电子发生转移。

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

某实验小组设计用50 mL 1.0 mol/L盐酸跟50 mL 1.1 mol/L 氢氧化钠溶液在如图装置中进行中和反应。在大烧杯底部垫碎泡沫塑料(或纸条),使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平。然后再在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料(或纸条),大烧杯上用泡沫塑料板(或硬纸板)作盖板,在板中间开两个小孔,正好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过。通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。试回答下列问题:

(1)本实验中用稍过量的NaOH的原因教材中说是为保证盐酸完全被中和。试问:盐酸在反应中若因为有放热现象,而造成少量盐酸在反应中挥发,则测得的中和热           (填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
(2)在中和热测定实验中存在用水洗涤温度计上的盐酸的步骤,若无此操作步骤,则测得的中和热会           (填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
(3)若用等浓度的醋酸与NaOH溶液反应,则测得的中和热会           (填“偏大”、“偏小”或“不变”),其原因是                               
(4)该实验小组做了三次实验,每次取溶液各50 mL,并记录下原始数据(见下表)。

实验序号
起始温度t1/℃
终止温度(t2)/℃
温差(t2-t1)/℃
盐酸
NaOH溶液
平均值
1
25.1
24.9
25.0
31.6
6.6
2
25.1
25.1
25.1
31.8
6.7
3
25.1
25.1
25.1
31.9
6.8
 
已知盐酸、NaOH溶液密度近似为1.00g/cm3,中和后混合液的比热容c=4.18×10-3kJ/(g·℃),则该反应的中和热为ΔH=           。根据计算结果,写出该中和反应的热化学方程式                             

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科目:高中化学 来源: 题型:单选题

工业炼铁是在高炉中进行的,高炉炼铁的主要反应是:① 2C(焦炭)+O2(空气)=2CO;② Fe2O3+3CO=2Fe+3CO该炼铁工艺中,对焦炭的实际使用量要远远高于按照化学方程式计算所需其主要原因是

A.CO过量 B.CO与铁矿石接触不充分 
C.炼铁高炉的高度不够 D.CO与Fe2O3的反应有一定限度 

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科目:高中化学 来源: 题型:单选题

在10L密闭容器中,A、B、C三种气态物质构成可逆反应体系,其关系如图所示。下列说法错误的是(  )

A.0~4分钟时,A的平均反应速率为  0.01mol·L-1·min-1
B.由T1向T2变化时,V>V
C.此反应的正反应为吸热反应
D.其它条件不变,加压,达新平衡时,C的体积分数增大

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