Question

（15分）氨氣是一種重要的化工原料，大量用于制造尿素、純堿、銨態氮肥以及硝酸，在有機合成工業中制合成纖維、塑料、染料等。請回答下列問題：

（1）氨氣是工業制備硝酸的重要原料，已知下列三個熱化學方程式：

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

能否應用△H₁和△H₂表示△H？

若能用△H₁和△H₂表示△H，則寫出△H=                         ；若不能，說明理由：

                                   。

（2）在相同的溫度下，容積相等的兩個恒容密閉容器（編號分別為a和b）中，一定量的氮氣和氫氣發生下列可逆反應：

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

實驗測得反應起始時各物質的物質的量及平衡時放出的熱量如下表：

容器編號	起始時各物質物質的量/mol	平衡時反應
N2	H2	NH3
a	1	3	0	23.1
b	2	6	0	未知（用E表示）

下列說法正確的是          （填序號）

① 反應a和反應b的氫氣轉化率相同

②利用已知數據可以計算反應b的平衡常數

③利用已知數據可以計算反應b放出的能量E

④平衡時a、b兩個反應的氨氣體積分數為1:1

（3）溫度為400℃、壓強為30Mpa的情況下，密閉容器中發生氫氣與氮氣的合成氨反應：N₂(g)+3H₂(g)  2NH₃(g)   △H＜0 。

氨氣的物質的量[n(NH₃)]和氫氣的物質的量[n(H₂)]隨時間變化的關系如下圖：

正反應速率最大的點是        （選填a、b、c、d中的一個或幾個），氮氣的物質的量[n(N₂)]相等的兩點是        （選填a、b、c、d中的兩個）；保持其他條件不變，將溫度改為600℃，在上圖中畫出反應達到平衡的過程中氨氣的變化曲線。

（4）工業合成氨用煤制備原料氣氫氣時，往往排放大量的二氧化碳。實際工業生成中可利用二氧化碳聯合生產二甲醚（CH₃OCH₃），一定條件下，在容積固定的密閉設備中發生反應：

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

兩個密閉恒容容器中在溫度均為T且保持不變的情況下進行上述反應，一段時間后測得兩個容器中有關數據及正逆反應速率關系如下表：

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)比較
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中的反應       (選填“是”或“否”)達到平衡狀態，該反應在溫度為T時的平衡常數K=          。表格內的空格處v(正)與v(逆)的大小關系是                。

 

Answer 1

【答案】

（1）不能，缺少氫氣的燃燒熱  （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）根據蓋斯定律可知，反應①②無法得到反應③，因為缺少氫氣的燃燒熱。

（2）容器b相當于在容器a的基礎上增大壓強，平衡向正反應方向移動，所以b中轉化率高，①、④不正確。根據a中放出的熱量可以得出該溫度下的平衡常數。又因為ab中溫度相同，平衡常數相同，所以能計算出b中放出的熱量，因此②③正確，答案選②③。

（3）反應物的濃度越大，正反應速率越大，開始階段反應物的濃度越大，所以答案選a點。Cd兩點屬于平衡狀態，氮氣的物質的量相同。應用正反應是放熱反應，所以升高溫度，反應速率都是增大的，但平衡時氨氣的濃度是減小的，所以圖像為（見答案）。

（4）容器1中正逆反應速率是相等的，所以反應處于平衡狀態。根據平衡時物質的濃度可知，平衡常數是。根據表中數據可知＞1，所以正反應速率小于逆反應速率。