Question

【題目】碳和氮的氫化物是廣泛的化工原料，回答下列問題：

（1）工業上合成氨的反應為N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92.2kJ/mol，反應過程中能量變化如圖I所示。

①氨分解：2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能為_________kJ/mol

②合成氨時加入鐵粉可以加快生成NH3的速率，在圖I中畫出加入鐵粉后的能量變化曲線。_______

（2）聯氨作火箭燃料的反應為：2N2H4(l)+N2O4(l)=3N2(g)+4H2O(g) △H1

已知：2O2(g)+N2(g)=N2O4(1) △H2 N2H4(1)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H3

上述熱效應之間的關系式為△H1=____。某新型火箭用液氧/煤油代替聯氨/N2O4，這種替換可能的好處是___（一條即可）。

（3）天然氣制氫氣是工業上制氫氣的主要方法之一，其主要反應如下：

i．CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=-+206.4kJ/mol，

ii．CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.0kJ/mol

在一定溫度下，2L的密閉容器中加入a molCH4和2amolH2O發生反應，t min時反應達平衡，測得容器內CObmol、CO2cmol。回答下列問題：

①下列可判斷體系達到平衡狀態的是_______。

A．CO的體積分數不變 B．容器內氣體密度不變 C．3v(CH4)=v(H2) D．不再變化

②0~tmin反應速率v(CO2)=_____，CH4的的轉化率為_____，反應ⅱ的平衡常數K=______。

③圖Ⅱ中T℃之后c(CO2)隨溫度升高而減小的原因是_________。

Answer 1

【答案】427.7 2△H3-△H2 環境污染小（或成本低） AD mol/(L·min) ×100% T℃之后，反應②為放熱反應，升高溫度反應②向逆反應方向移動是影響c（CO2）的主要因素，故c（CO2）減小

【解析】

(1)①放熱反應的反應熱△H=—（Ea2—Ea1）；

②催化劑可以降低反應的活化能，增大反應速率，即Ea、Ea1均減小，但反應熱不變；

（2）依據蓋斯定律計算可得；液氧/煤油所用原料成本低，無毒；

（3）①反應達到化學平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質濃度或百分含量保持不變；

②依據題給數據，建立三段式，結合速率、轉化率和化學平衡常數表達式計算可得；

③反應i為吸熱反應，反應ii為放熱反應，由圖Ⅱ可知T℃時反應達到平衡，升高溫度，反應i向正反應方向移動，一氧化碳濃度增大，反應ii向逆反應方向移動，溫度對c（CO2）的影響大于濃度的影響。

(1)①放熱反應的反應熱△H=—（Ea2—Ea1），由圖可知Ea1=335.0 kJ/mol，則合成氨反應△H=—（Ea2—335.0 kJ/mol）=—92.2kJ/mol，Ea2=427.2 kJ/mol，即2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能為427.2 kJ/mol，故答案為：427.2；

②催化劑可以降低反應的活化能，增大反應速率，即Ea、Ea1均減小，但反應熱不變，則加入鐵粉后的能量變化曲線為，故答案為：；

（2）將題給反應依次編號為①②③，由蓋斯定律可知③×2—②=①，則△H1=2△H3-△H2；用液氧/煤油代替聯氨/N2O4的主要原因是液氧/煤油所用原料成本低，無毒，對環境污染小，故答案為：2△H3-△H2；環境污染小；

（3）①A、CO的體積分數不變，說明正反應速率等于逆反應速率，該反應已達平衡狀態，故正確；

B、根據質量守恒定律，平衡前后氣體質量是不變的，在恒溫恒容密閉體系中，整個反應過程混合氣體的密度始終是不變的，不可作為判斷體系達到平衡狀態的判據，故錯誤；

C、3v(CH4)=v(H2)不能說明正反應速率等于逆反應速率，不可作為判斷體系達到平衡狀態的判據，故錯誤；

D、不再變化，說明在恒溫恒容密閉體系中CO和H2的濃度不在變化，該反應已達平衡狀態，故正確；

AD正確，故答案為：AD；

②設反應i生成一氧化碳的物質的量為x，由題給條件建立如下三段式：

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

起（mol） a 2a 0 0

變（mol） x x x 3x

平（mol） a—x 2a—x x 3x

CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起（ol） x 2a—x 0 3x

變（mol） c c c c

平（mol） x—c 2a—x—c c 3x+c

0～tmin內，生成CO2的物質的量為cmol，濃度的變化量為 mol/L，則反應速率v(CO2)= mol/(L·min)；由題意可知一氧化碳的物質的量為bmol，則有x—c=b，x=c+b，CH4的轉化率為×100%；平衡時，c（CO）為 mol/L，c（H2O）為 mol/L，c（CO2）為mol/L，c（H2O）為mol/L，反應ⅱ的平衡常數K===，故答案為：mol/(L·min)；×100%；；

③反應i為吸熱反應，反應ii為放熱反應，由圖Ⅱ可知T℃時反應達到平衡，升高溫度，反應i向正反應方向移動，一氧化碳濃度增大，使二氧化碳濃度有增大的趨勢，反應ii向逆反應方向移動，使二氧化碳濃度有減小的趨勢，由于溫度對c（CO2）的影響大于濃度的影響，所以c(CO2)隨溫度升高而減小，故答案為：T℃之后，反應②為放熱反應，升高溫度反應②向逆反應方向移動是影響c（CO2）的主要因素，故c（CO2）減小。