Question

8．氨可用于制取氨水、液氮、氮肥（尿素、碳銨等）、硝酸、銨鹽、純堿等，因此被廣泛應用于化工、輕工、化肥、制藥、合成纖維、塑料等行業(yè)中，最重要的化工產品之一．

（1）以甲烷為原料可制得合成氨氣用的氫氣．圖1是一定溫度、壓強下，CH₄（g）與H₂O（g）反應生成CO（g）和1mol H₂（g）的能量變化示意圖，寫出該反應的熱化學方程式CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=3（E₂-E₁）；（△H用E₁、E₂、E₃表示）．
（2）CO可使合成氨的催化劑中毒而失去活性，因此工業(yè)上常用乙酸二氨合銅（I）溶液來吸收原料氣體中的CO，反應原理：[Cu（NH₃）₂CH₃COO]（l）+CO（g）+NH₃（g）?[Cu（NH₃）₃]CH3COO•CO（l）△H＜0，吸收后的乙酸銅氨溶液經過適當處理后可再生而恢復其吸收CO的能力，則再生的適宜條件是B（填字母序號）．
A．高溫、高壓       B．高溫、低壓     C．低溫、低壓      D．低溫、高壓
（3）已知N₂（g）+3H₂?2NH₃（g）△H=-94.4kJ•mol^-1，CP恒容時，體系中各物質濃度隨時間變化的曲線如圖2所示．
①在2L容器中發(fā)生反應，前20min內，ν（NH₃）=0.050mol（L•min）^-1，放出的熱量為94.4kJ．
②25min時采取的措施是將NH₃從反應體系中分離出去．
③時段III條件下反應的平衡常數為2.37．（保留3位有數字）
（4）用氨氣制取尿素[CO（NH₂）]的反應為：2NH₃（g）+CO（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）△H＜0．
某溫度下，向容器為100L的密閉容器中通入4mol NH₃和2molCO，該反應進行到40s時，達到平衡，此時CO₂的轉化率為50%．圖3中的曲線表示在前25s內NH₃的濃度隨時間的變化而變化．若反應延續(xù)至70s，保持其他條件不變的情況下，請在圖3中用實線畫出使用催化劑后c（NH₃）隨時間的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）根據圖示信息，反應物的能量低于產物的能量，所以反應是吸熱反應，反應熱等于產物的能量和反應物的能量之差，據此回答；
（2）依據平衡移動方向分析判斷需要的條件，反應是氣體體積減小的放熱反應，平衡逆向進行是再生的原理，再生的適宜條件是高溫低壓；
（3）①根據v=$\frac{△c}{△t}$計算出前20min內氨氣的平均反應速率v（NH₃）；根據達到平衡時生成氨氣的物質的量及熱化學方程式N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-94.4kJ•mol^-1計算出放出的熱量；
②根據25min時氨氣的物質的量變?yōu)?，而氮氣和氫氣的物質的量不變進行解答；
③根據時段Ⅲ條件下達到平衡時各組分的濃度及平衡常數表達式進行解答；
（4）使用催化劑時，改變反應速率，不改變化學平衡，依據催化劑只加快反應速率不影響平衡濃度畫出圖象．

解答 解：（1）根據圖示信息，反應物的能量低于產物的能量，所以反應是吸熱反應，反應熱等于產物的能量和反應物的能量之差，即CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=3（E₂-E₁），
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=3（E₂-E₁）；
（2）吸收CO后的乙酸銅氨液經過適當處理后又可再生，恢復其吸收CO的能力以供循環(huán)使用，依據化學平衡[Cu（NH₃）₂CH₃COO]（l）+CO（g）+NH₃（g）?[Cu（NH₃）₃]CH₃COO•CO（l）；△H＜0，反應是氣體體積減小的放熱反應，平衡逆向進行是再生的原理，再生的適宜條件是高溫低壓，
故答案為：B；
（3）①根據圖象可知，20min時氨氣的物質的量濃度為1.00mol/L，所以氨氣的平均反應速率為：v（NH₃）=$\frac{1.00mol/L}{20min}$=0.050mol（L•min）^-1；達到平衡時生成的氨氣的物質的量為：1.00 mol/L×2L=2.00mol，根據N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-94.4kJ•mol^-1可知生成2.00mol氨氣放出的熱量為94.4kJ，
故答案為：0.050mol（L•min）^-1；94.4kJ；
②25min時氨氣的物質的量迅速變?yōu)?而氮氣、氫氣的物質的量不變，之后氮氣、氫氣的物質的量逐漸減小，氨氣的物質的量逐漸增大，說明25min時將NH₃從反應體系中分離出去，
故答案為：將NH₃從反應體系中分離出去；
③時段Ⅲ條件下，該反應的化學平衡常數為：K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）c（{N}_{2}）}$=$\frac{0.5{0}^{2}}{0.7{5}^{3}×0.25}$≈2.37，
故答案為：2.37；
（4）若反應延續(xù)至70s，保持其它條件不變情況下，使用催化劑時，改變反應速率，不改變化學平衡，曲線的轉折點在橫坐標40之前，縱坐標必需在20的線上，該反應的進程曲線為如圖所示：，
故答案為；

點評 本題考查了化學反應速率計算、影響化學平衡的因素，題目難度中等，注意掌握溫度等因素對化學平衡的影響，明確化學反應速率、化學平衡常數的概念及計算方法是關鍵，側重分析與應用能力的綜合考查．