Question

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T_I）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：
①C+H₂O(g) CO+H₂；②CO+H₂O(g) CO₂+H₂；
已知：CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g)  △H=—283.0kJ/mol
H₂(g)+1/2O₂(g)=H₂O(g)  △H=—241.8kJ/mol
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：                           。

Answer 1

（16分）
（1）0.080mol/(L·min) （3分，单位、有效数字错漏合扣1分）
（2）（共5分）解：依题意，平衡时H₂的浓度为0.10 mol/L
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
答：该条件下合成氨反应的化学平衡常数为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，代入数值不带单位或单位、有效数字错误合扣1分， K值不带单位不扣分）
（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分直至0分，不标注温度不扣分）

（4）CO(g)+H₂O(g)=CO₂(g)+H₂(g) △H="—41.2" 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，起始时氢气为4.0mol，3min时氢气为1.6mol，由于容器容积为10L，则氢气的变化浓度为( 4.0mol—1.6mol)/10L=0.24mol/L，则v(H₂)===0.080mol/(L?min)；（2）解：依题意，起始、平衡时H₂的浓度分别为0.30mol/L、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
K＝= = 2.0×10² (L/mol)²
答：该条件下合成氨反应的化学平衡常数为2.0×10² (L/mol)²。
（3）画图要点：①T₁→T₂，降低温度，则反应速率减小，单位时间内消耗氢气的物质的量减小，达到平衡时间增大；②由于正反应是放热反应，降低温度平衡向正反应方向移动，则平衡时氢气的物质的量减小；（4）根据盖斯定律，第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式，则CO(g)+H₂O(g)=CO₂(g)+H₂(g) △H="—41.2" kJ/mol；（5）由于CH₃COO[Cu(NH₃)₂]+CO+NH₃CH₃COO[Cu(NH₃)₃]?CO的正反应是气体体积减小的放热反应，因此增大醋酸二氨和铜（I）溶液浓度或者加入浓氨水，及时分离CH₃COO[Cu(NH₃)₃]?CO，增大压强、降低温度等措施，都能使平衡向正反应方向移动，提高CO的吸收率或转化率。
考点：考查化学反应原理，涉及平均反应速率的计算、化学平衡常数的计算过程、画出温度对化学反应速率和平衡移动的影响图像、盖斯定律、热化学方程式的书写、提高反应物转化率的措施等。