Question

【題目】為了改善環(huán)境，科學(xué)家投入了大量的精力研究碳、氮及其化合物的轉(zhuǎn)化。請回答下列有關(guān)問題:

（1）利用N2與H2合成氨是重要的工業(yè)反應(yīng)，下圖為反應(yīng)過程中的能量變化關(guān)系。

①反應(yīng)中加入鐵粉可以提高反應(yīng)速率，其原因是____________。

②已知某些化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下表:

化學(xué)鍵	H-H	N≡N	N-H
E/(kJ/mol)	436	946	391

反應(yīng)N2(g)+H2(g)NH3(g)的活化能Ea=254kJ/mol，則反應(yīng)NH3(g)N2(g)+H2(g)的活化能Eb=______kJ/mol。

（2）汽車內(nèi)燃機(jī)工作時會將N2轉(zhuǎn)化為NO，反應(yīng)式為N2(g)+O2(g) 2NO(g)，該反應(yīng)在不同溫度下的平衡常數(shù)K如下表:

溫度	27℃	2000℃
K	3.8×10-31	0.1

溫度為2000℃，某時刻測得反應(yīng)體系中各物質(zhì)的濃度分別為c(N2)=0.2mol/L，c(O2)=0.03mol/L，c(NO)=0.03mol/L，此時該反應(yīng)的速率(v)應(yīng)滿足的關(guān)系為_______(填字母序號)。

A.v正>v逆 B.v正=v逆 C.v正<v逆 D.無法確定

（3）工業(yè)上可將CO轉(zhuǎn)化成甲醇，反應(yīng)式為:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。若在一容積可變的密閉容器中充入1molCO和2molH2進(jìn)行反應(yīng)，初始體積為3L，保持壓強(qiáng)不變，反應(yīng)后CO(T)的變化如右圖中曲線所示。

①若所加的CO和H2的量以及反應(yīng)溫度均不變，則達(dá)到平衡狀態(tài)A、B時的壓強(qiáng)pA____pB(填“>”、“<”或“=”)，其原因是___________________。

②若達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)A時，CO的體積分?jǐn)?shù)為25%，此時CO的轉(zhuǎn)化率為_____；平衡常數(shù)KA=________。

Answer 1

【答案】 降低了合成氨反應(yīng)的活化能 300 C < 該反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，有利于平衡向正向移動。CO轉(zhuǎn)化率升高，故pA<pB 50% 4L2/mol2

【解析】(1)①通過圖像可出鐵粉作催化劑，降低了合成氨反應(yīng)的活化能，提高了反應(yīng)速率；正確答案：降低了合成氨反應(yīng)的活化能。

②針對反應(yīng)N2(g)+ H2(g) NH3(g)，反應(yīng)熱=反應(yīng)物斷鍵吸收的總能量-生成物成鍵放出的總能量=436×1.5+946×0.5-3×391=-46 kJ·mol-1；反應(yīng)熱=Ea-Eb=-46，254-Eb=-46，Eb=300 kJ·mol-1，所以反應(yīng)NH3(g) N2(g) + H2(g) 的活化能Eb=300 kJ·mol-1；正確答案：300。

(2) ，平衡逆向移動，v(正)(逆)，正確答案：C。

(3) ①該反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡右移，CO轉(zhuǎn)化率升高，所以根據(jù)圖像可知：PA小于pB；正確答案：< ；該反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，有利于平衡向正向移動。

② 設(shè)一氧化碳的變化量為X mol；

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。

起始量 1 2 0

變化量 X 2X X

平衡量 1-X 2-2X X

若達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)A時，CO的體積分?jǐn)?shù)為25%，（1-X）/(1-X+2-2X+X)= 0.25，X=0.5mol, 此時CO的轉(zhuǎn)化率為0.5/1×100%=50%；根據(jù)氣體的總量和體積成正比規(guī)律：反應(yīng)前混合氣體為3mol，體積為3L，反應(yīng)后混合氣體為2 mol，體積為2L，平衡后各物質(zhì)濃度為c(CH3OH)=0.5/2=0.25mol/L, c(CO)=0.5/2=0.2mol/L, c(H2)=1/2=0.5mol/L,平衡常數(shù)KA=c(CH3OH)/c(CO)c2(H2)=0.25/0.25×(0.5)2= 4L2/mol2；正確答案：50%； 4L2/mol2。