Question

2．氨在國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用．
（1）工業(yè)以甲烷為原料生產(chǎn)氨氣的過程如下：甲烷$\stackrel{Ⅰ}{→}$氫氣 $\stackrel{Ⅱ}{→}$氨氣
 ①過程Ⅰ中，有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的能量變化如圖所示

反應(yīng)①為吸熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”），CH₄（g）與H₂O（g）反應(yīng)生成CO（g）和H₂（g）的熱化學(xué)方程式是CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+118.1kJ/mol．
（2）CO可降低過程Ⅱ所用催化劑的催化效率，常用乙酸二氨合銅（Ⅰ）溶液吸收，其反應(yīng)原理為：[Cu（NH₃）₂CH₃COO]（aq）+CO（g）+NH₃（g）[Cu（NH₃）₂]CH₂COO•CO（1），
①N元素在周期表中的位置為第二周期第ⅤA族，NH₃的電子式為．
②所得溶液經(jīng)處理的又可再生，恢復(fù)其吸收CO能力，再生的適宜條件是b（選填字母）．
a．高溫、高壓      b．高溫、低壓      c．低溫、低壓      d．低溫、高壓
（3）合成NH₃的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，如果該反應(yīng)平衡時(shí)，只改變一個(gè)條件，再次達(dá)到新平衡時(shí)，平衡常數(shù)K值變大．關(guān)于該反應(yīng)的說法正確的是AD（填字母序號(hào)）．
A．一定向正反應(yīng)方向移動(dòng)    B．在平衡移動(dòng)時(shí)正反應(yīng)速率先增大再減小
C．一定向逆反應(yīng)方向移動(dòng)    D．在平衡移動(dòng)時(shí)逆反應(yīng)速率先減小再增大
（4）400℃，28MPa時(shí)，將1molN₂和3mol H₂混合充入體積可變的密閉容器中，加入催化劑，10分鐘后反應(yīng)達(dá)到平衡平衡時(shí)N₂轉(zhuǎn)化率為60%．
①下列圖象能正確表示該過程中相關(guān)量的變化的是a（填字母序號(hào)）．

②平衡常數(shù)K_p=0.021（MPa）^-2（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）．
（5）恒溫恒容時(shí)，若原料氣投料比n（H₂）：n（N₂）=1：1，平衡時(shí)、H₂的體積分?jǐn)?shù)為30%．容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為5：6．

Answer 1

分析 （1）由圖可知反應(yīng)①生成物的總能量比反應(yīng)物的總能量高，故為吸熱反應(yīng)；根據(jù)蓋斯定律來計(jì)算反應(yīng)的焓變并書寫熱化學(xué)方程式；
（2）①N元素二周期第ⅤA族，氨氣中氮原子與氫原子形成三對(duì)共用電子對(duì)；
②根據(jù)溫度和壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響知識(shí)來回答；
（3）改變一個(gè)條件，再次達(dá)到新平衡時(shí)，平衡常數(shù)K值變大，說明改變反應(yīng)溫度使正向移動(dòng)，NH₃的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故應(yīng)為降溫；
（4）①400℃，28MPa時(shí)，將1molN₂和3mol H₂混合充入體積可變的密閉容器中，反應(yīng)放熱，隨反應(yīng)的進(jìn)行，放出的熱量增大，混合氣體質(zhì)量不變，容器體積減小，混合氣體密度增大，反應(yīng)正向進(jìn)行，混合氣體質(zhì)量不變，總物質(zhì)的量減少，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量增大，氫氣的體積分?jǐn)?shù)減小，也不會(huì)從0開始，據(jù)此分析；
②400℃，28MPa時(shí)，將1molN₂和3mol H₂混合充入體積可變的密閉容器中，加入催化劑，10分鐘后反應(yīng)達(dá)到平衡平衡時(shí)N₂轉(zhuǎn)化率為60%，列三段式計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量和壓強(qiáng)，代入K計(jì)算；
（5）設(shè)反應(yīng)起始各去1mol，反應(yīng)氮?dú)鈞，列三段式，根據(jù)氫氣的體積分?jǐn)?shù)計(jì)算x的值，再由氣體的壓強(qiáng)之比等于氣體的物質(zhì)的量之比計(jì)算．

解答 解：（1）由圖可知反應(yīng)①生成物的總能量比反應(yīng)物的總能量高，故為吸熱反應(yīng)；由圖示可得：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+76.9kJ/mol；CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol．由蓋斯定律得CH4（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+118.1kJ/mol；
故答案為：吸熱；CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g）△H=+118.1kJ/mol；
（2）①N元素二周期第ⅤA族，氨氣的電子式為：；
故答案為：第二周期第ⅤA族；；
②欲使溶液再生，即使平衡向左移動(dòng)，所以應(yīng)高溫、低壓；
故答案為：b；
（3）改變一個(gè)條件，再次達(dá)到新平衡時(shí)，平衡常數(shù)K值變大，說明改變反應(yīng)溫度使正向移動(dòng)，NH₃的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故應(yīng)為降溫，則逆反應(yīng)速率先減小再增大；
故答案為：AD；
（4）①400℃，28MPa時(shí)，將1molN₂和3mol H₂混合充入體積可變的密閉容器中，反應(yīng)放熱，隨反應(yīng)的進(jìn)行，放出的熱量增大，a正確；混合氣體質(zhì)量不變，容器體積減小，混合氣體密度增大，b錯(cuò)誤；反應(yīng)正向進(jìn)行，混合氣體質(zhì)量不變，總物質(zhì)的量減少，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量增大，c錯(cuò)誤；氫氣的體積分?jǐn)?shù)減小，也不會(huì)從0開始，d錯(cuò)誤；
故答案為：a；
②400℃，28MPa時(shí)，將1molN₂和3mol H₂混合充入體積可變的密閉容器中，加入催化劑，10分鐘后反應(yīng)達(dá)到平衡平衡時(shí)N₂轉(zhuǎn)化率為60%，列三段式；
   N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
n始：1         3                0
n轉(zhuǎn)：0.6      1.8             1.2
n平：0.4      1.2             1，2
則P（N₂）=$\frac{0.4}{2.8}$×28MPa=4MPa，P（H₂）=$\frac{1.2}{2.8}$×28MPa=12MPa=P（NH₃），化學(xué)平衡常數(shù)K_p=$\frac{{P}^{2}（N{H}_{3}）}{{P}^{\;}（{N}_{2}）•{P}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{1{2}^{2}}{4×1{2}^{3}}$≈0.021（MPa）^-2；
故答案為：0.021（MPa）^-2；
（5）設(shè)反應(yīng)起始各1mol，反應(yīng)氮?dú)鈞，列三段式，
        N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
n始：1            1                0
n轉(zhuǎn)：x            3x             2x
n平：1-x        1-3x           2x
H₂的體積分?jǐn)?shù)為30%，則$\frac{1-3x}{1-x+1-3x+2x}$=0.3，解得x=$\frac{1}{6}$，氣體的壓強(qiáng)之比等于氣體的物質(zhì)的量之比，則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為（1-$\frac{1}{6}$+1-3×$\frac{1}{6}$+2×$\frac{1}{6}$）：2=5：6；
故答案為：5：6．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律、分子電子式、影響化學(xué)平衡的因素及化學(xué)平衡的有關(guān)技術(shù)，讀懂信息，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)是關(guān)鍵，題目難度較大．