Question

【題目】NH3是重要的化工原料，經(jīng)一系列反應(yīng)可得到HNO3、CO(NH2)2、HCN等產(chǎn)品。

(1)以氨氣為原料合成HNO3工藝如下，寫(xiě)出N2O4轉(zhuǎn)化為HNO3的反應(yīng)方程式_____。

(2)以NH3和CO2為原料生產(chǎn)尿素的反應(yīng)如下：

反應(yīng)Ⅰ：2NH3(l) ＋ CO2(g) NH2COONH4(l) Δ H1 ＝ a kJ·mol-1

反應(yīng)Ⅱ：NH2COONH4(l) NH2CONH2(l) ＋ H2O(l) Δ H2 ＝ b kJ·mol-1

① 已知NH3(l) NH3(g) Δ H3 ＝ c kJ·mol-1 反應(yīng)2NH3(g) ＋ CO2(g) NH2CONH2(l) ＋ H2O(l) Δ H4＝_____kJ·mol-1(用含a、b、c的式子表示)，該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的主要原因是_____。

② 一定條件下，往恒容密閉容器中投入4 mol NH3和 1 mol CO2，測(cè)得各組分物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖1。下列說(shuō)法正確的是_____。

A．選擇合適的碳氮比有利于提高產(chǎn)率

B．反應(yīng)Ⅰ的活化能比反應(yīng)Ⅱ小

C．過(guò)量氨氣可以與反應(yīng)生成的水結(jié)合，有利于尿素合成

D．氣體物質(zhì)的量不再變化時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)

(3)工業(yè)上利用氨氣生產(chǎn)氫氰酸的反應(yīng)為CH4(g) + NH3(g) HCN(g) + 3H2(g) Δ H>0

① 其他條件一定，達(dá)到平衡時(shí)NH3轉(zhuǎn)化率隨外界條件X變化的關(guān)系如圖所示。X代表的是_____(填“溫度”或“壓強(qiáng)”)。

② 其它條件一定時(shí)，向2 L密閉容器中加入n mol CH4和2 mol NH3，平衡時(shí)NH3體積分?jǐn)?shù)隨n變化的關(guān)系如圖所示。平衡常數(shù)K=_____（請(qǐng)寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）

Answer 1

【答案】2N2O4＋2H2O＋O2＝4HNO3 a+b-2c 反應(yīng)為放熱反應(yīng) ABC 壓強(qiáng) 0.1875

【解析】

(1)由圖可知，N2O4與O2、H2O反應(yīng)生成HNO3，反應(yīng)為2N2O4+O2+2H2O＝4HNO3；

(2)①由Ⅰ：2NH3(l)+CO2(g)NH2COONH4(l) △H1＝akJmol﹣l

Ⅱ：NH2COONH4(l)NH2CONH2(l)+H2O △H2＝bkJmol﹣l

Ⅲ：NH3(l)NH3(g) △H3＝ckJmol﹣1

結(jié)合蓋斯定律可知，Ⅰ+Ⅱ﹣Ⅲ×2得到反應(yīng)2NH3(g)+CO2(g)NH2CONH2(l)+H2O(l)，則△H4＝△H1+△H2-△H3×2=(a+b﹣2c)kJmol﹣l；該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則△G=△H－T△S<0；該反應(yīng)的熵減小，△S<0，為了滿(mǎn)足△G<0，則△H<0，為放熱反應(yīng)；

②A．選擇合適的碳氮比，增大平衡正向移動(dòng)程度，有利于提高產(chǎn)率，A正確；

B．根據(jù)圖像，反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，快速生成氨基甲酸銨，而尿素的量較少，說(shuō)明反應(yīng)Ⅰ能夠快速進(jìn)行，而反應(yīng)Ⅱ較慢；一般情況下，活化能大，反應(yīng)速率慢，則Ⅰ的活化能比Ⅱ的活化能小，B正確；

C．過(guò)量氨氣可以與反應(yīng)生成的水結(jié)合，有利于反應(yīng)Ⅱ的平衡正向移動(dòng)，有利于尿素合成，C正確；

D．根據(jù)圖像，可知當(dāng)CO2的量不變的時(shí)候，反應(yīng)Ⅱ還在進(jìn)行，反應(yīng)并沒(méi)有達(dá)到平衡，D錯(cuò)誤；

答案為ABC；

(3)①根據(jù)圖像可知，隨著X的增大，NH3的轉(zhuǎn)化率降低。若增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，NH3的轉(zhuǎn)化率降低；若升高溫度，平衡正向移動(dòng)，NH3的轉(zhuǎn)化率增大；X增大時(shí)，NH3轉(zhuǎn)化率減小，可知X表示壓強(qiáng)；

②由圖可知，向2L密閉容器中加入2molCH4和2molNH3，根據(jù)三等式，設(shè)轉(zhuǎn)化的CH4的濃度為xmol/L，有：

平衡時(shí)NH3體積分?jǐn)?shù)為30%，則＝30%，解得x＝mol/L，平衡常數(shù)K＝。