【题目】氮的固定有三种途径:生物固氮、自然固氮和工业固氮。根据最新“人工固氮”的研究报道:在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生反应,生成的主要产物为NH3。进一步研究NH3生成量与温度的关系,部分平衡时实验数据见下表(光照、N2压力1.0×105Pa、反应时间1 h):
T/K | 303 | 313 | 323 | 353 |
NH3生成量/(10-6mol) | 4.8 | 5.9 | 6.0 | 2.0 |
相应的化学方程式:2N2(g)+6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g) ΔH=a kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)此合成反应的a________0;(填“>”、“<”或“=”)
(2)从323 K到353 K,氨气的生成量减少的可能原因是_______________________________;(3)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比,该方法固氮反应速率慢。请提出可提高其反应速率且增大NH3生成量的建议__________________________________________________。
(4)工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,分别研究在T1、T2和T3(T1<T2<T3)三种温度下合成氨气的规律。下图是上述三种温度下不同的H2和N2的起始组成比(起始时N2的物质的量均为1 mol)与N2平衡转化率的关系。请回答:
①在上述三种温度中,曲线X对应的温度是________。
②a、b、c三点中H2的转化率最小的是_______点、转化率最大的是________点。
③在容积为1.0 L的密闭容器中充入0.30 mol N2(g)和0.80 molH2(g),反应在一定条件下达到平衡时,NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为4/7。该条件下反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的平衡常数为__________________。
【答案】 > 氨气在高温下被氧气氧化(或:在较高温度时催化剂活性降低,反应还没有达到平衡状态) 升高温度(或提高N2的浓度) T1 c b 5.0×10-3
【解析】(1)根据表格数据可知,反应2N2(g)+6H2O(1)4NH3(g)+3O2(g)△H=akJmol-1,温度越高,生成的氨气越多,则可逆反应为吸热反应,a为正值,△H>0,故答案为:>;
(2)分析数据可知从323K到353K,氨气的生成量减少,可能的原因是在较高温度时催化剂活性降低,反应还没有达到平衡状态,氨气在高温下被氧气氧化等,故答案为:在较高温度时催化剂活性降低,反应还没有达到平衡状态(或氨气在高温下被氧气氧化等);
(3)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比,该方法固氮反应速率慢,提高其反应速率且增大NH3生成量,增大压强,平衡逆向移动,NH3生成量减小;升高温度,平衡正向移动,NH3生成量增大;提高N2的浓度,反应速率加快,平衡正向移动,NH3生成量增大;因此可以通过升高温度或提高N2的浓度来实现,故答案为:升高温度(或提高N2的浓度);
(4)①在图中画一条与纵轴平行的线段交X、Y、Z,反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)为放热反应,温度越高,N2(g)的转化率越低,故曲线X对应的温度是T1;故答案为:T1;
②图像分析可知B点氮气转化率大于a点,则氢气转化率b点大于a,保持温度不变,增大氢气与氮气组成比,氮气转化率增大,但氢气转换率减小,所以c点氢气转化率小于a,最大的是b点,最小的是c点,故答案为:c;b;
③ N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
起始浓度(mol/L)0.3 0.8 0
转化浓度(mol/L) x 3x 2x
平衡浓度(mol/L)0.3-x 0.8-3x 2x
=,解得:x=0.2,2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的平衡常数K==5×10-3;故答案为:5.0×10-3。
科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”,意味着对大气污染防治比过去要求更高。二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合,原理如图所示。下列说法正确的是
A. 该电池放电时质子从Pt2电极经过内电路流到Pt1电极
B. Pt1电极附近发生的反应为:SO2+2H2O-2e-=H2SO4+2H+
C. Pt2电极附近发生的反应为O2+4e-+2H2O=4OH-
D. 相同条件下,放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】现有下列仪器或装置,请回答下列问题:
(1)仪器①的名称是_____,②的名称是_____。
(2)用上图仪器组装成气体发生装置:用KClO3和MnO2制O2应选的装置是______(填字母);用H2O2与MnO2制O2,并控制产生O2的速率,应选_____(填字母)。
(3)若用装置X进行“排空气法”收集制取的CO2,CO2应从_____(填“b”或“c”)端导入。若瓶中装满水,用排水法收集氧气,氧气应从_____(填“b”或“c”)端导入。
(4)若用F装置进行CO还原Fe2O3的实验,实验室制取CO的方法一般采用甲酸脱水法(HCOOHCO+H2O),用纯净的CO完成该实验。
①除F、X外还需要的装置有_____(填字母),X中应加入的试剂是_____,X与其他导管连接的顺序是_____(填导管口的序号);
②实验时 F装置中气球的作用是_____。
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【题目】(1)工业上尝试用太阳能分解水制取H2,其过程如下:
已知:2H2O(l)=2H2(g)+O2(g) △H=+571.6kJ/mol
2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) △H=+313.8kJ/mol
①过程I中,需将O2及时分离出去,目的是_________。
②过程II的热化学方释式是_________。
③整个过程中,Fe3O4的作用是_________。
(2)工业上利用H2合成氢的反应原理为:3H2(g)+N2(g) 2NH3(g)。现有甲、乙两个容积为1L的密闭容器.在相同条件下,按不同的反应物投入量进行合成氢反应相关数据如下表示:
容器 | 甲 | 乙 |
反应物投入量 | 2molH2、2molN2 | 4malH2.4molN2 |
平衡时N2的浓度(mol/L) | c1=1.5 | c2 |
NH3的体积分数 | ω1 | ω2 |
混合气体的密度(g/L) | ρ1 | ρ2 |
①下列情况下,反应达到平衡状态的是_____(填序号)
a.3molH-H共价键断裂同时有6molN-H共价键形成
b.3v正(N2)=v逆(H2)
c.混合气体的平均相对分子质量保持不变
②反应的平衡常数K=_______(结果保留3位有效数字).
③分析上表中的数据,有以下关系:c2________3mol/L;ω1________ω2(填“>”、“<”、“=”);若ρ1=ag/L,则ρ2________g/L(用含a的式子表示)
(3)利用氨水吸收工业废气中的SO2,既可解决环境问题,又可制备(NH4)2SO3。可用(NH4)2SO3为原料,以空气氧化法制备(NH4)2SO4,其氧化速率与温度关系如下图:
试解释在温度较高时,(NH4)2SO3氧化速率下降的原因是_________。
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【题目】下列离子方程式正确的是( )
A. 碳酸氢钠溶液与盐酸反应: CO32-+2H+===CO2↑+H2O
B. 氯化铵与氢氧化钠两种浓溶液混合加热:NH4++OH-H2O+NH3↑
C. 氢氧化镁与稀硫酸反应:H++OH-===H2O
D. 单质铜与稀硝酸反应:Cu+2H++2NO3-===Cu2++2NO↑+H2O
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】已知25℃时,电离常数Ka(HF)=3.6×10-4,溶度积常数Ksp(CaF2)=1.46×10-10。现向1 L 0.1mol·L-1HF溶液中加入0.1 mol CaCl2固体(不考虑溶液体积变化),则下列说法中错误的是
A. 原HF溶液c(H+)约为6×10-3mol·L-1
B. 加入 CaCl2后溶液中有CaF2沉淀产生
C. 加入CaCl2后溶液中的c(H+)浓度不变
D. 2HF(aq)+Ca2+(aq)=CaF2(s)+2H+(aq)的平衡常数为K=8.88×102
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科目:高中化学 来源: 题型:
【题目】电解硫酸钠溶液生产硫酸和烧碱溶液的装置如图所示,a、b均为惰性电极,在直流电场的作用下,中间隔室的Na+、SO42-可分别通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列有关说法正确的是
A. a极的电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-
B. c为阳离子交换膜,d为阴离子交换膜
C. 气体乙为O2,产物丁为硫酸
D. 若撤去离子交换膜c、d再电解硫酸钠溶液,则不能制得硫酸和烧碱
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