Question

【題目】氨為重要化工原料，有廣泛用途。

(1)合成氨中的氫氣可由下列反應(yīng)制取:

a．CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=＋216.4kJ/mol

b．CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)△H=－41.2kJ/mol

則反應(yīng)CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)△H=_____________kJ/mol

(2)起始時(shí)投入氮?dú)夂蜌錃夥謩e為1mol、3mol，在不同溫度和壓強(qiáng)下合成氨。平衡時(shí)混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)與溫度關(guān)系如圖。

①恒壓時(shí)，反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是__________ (填序號(hào))；

A．N2和H2的轉(zhuǎn)化率相等

B．反應(yīng)體系密度保持不變

C．比值保持不變

D．＝2

②P1________P2(填“>”、“<”、“=”、“不確定”，下同)；反應(yīng)平衡常數(shù)：B點(diǎn)______D點(diǎn)；

③C點(diǎn)H2的轉(zhuǎn)化率_______________；在A、B兩點(diǎn)條件下，該反應(yīng)從開(kāi)始到平衡時(shí)生成氨氣平均速率:v(A)_______v(B)。

(3)N2H4可作火箭推進(jìn)劑，NH3和NaClO在一定條件下反應(yīng)可生成N2H4。

①寫(xiě)出NH3和NaClO反應(yīng)生成N2H4的化學(xué)方程式_____________________________________________。

②當(dāng)轉(zhuǎn)移電子量為0.3NA時(shí)，標(biāo)況下消耗NH3____________L。

Answer 1

【答案】＋175.2kJ/mol BC < > 66.7%(或2/3) < 2NH3＋NaClO N2H4＋NaCl＋H2O 6.72L

【解析】

(1)將兩個(gè)熱化學(xué)方程式疊加，就可得到相應(yīng)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式，△H也相加；

(2)①根據(jù)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)任何一組分的速率不變，物質(zhì)的濃度、含量等不變判斷平衡狀態(tài)；

②該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，在溫度不變時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，氨的含量增加；在壓強(qiáng)不變時(shí)，根據(jù)該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)分析判斷B、D兩點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)大�。�

③根據(jù)C點(diǎn)時(shí)氨的含量是50%，利用三段式計(jì)算H2的轉(zhuǎn)化率；根據(jù)A、B兩點(diǎn)的溫度、壓強(qiáng)的大小及溫度、壓強(qiáng)與化學(xué)反應(yīng)速率的影響分析；

(3)利用題目信息找出反應(yīng)物和生成物，再利用電子守恒及質(zhì)量守恒配平，然后計(jì)算。

(1)a+b，整理可得CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)△H=+175.2kJ/mol，故答案為＋175.2kJ/mol；

(2)①A.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在該反應(yīng)中N2、H2反應(yīng)的物質(zhì)的量的比是1：3，加入的物質(zhì)的物質(zhì)的量的比是1：3，所以無(wú)論反應(yīng)是否達(dá)到平衡，N2和H2的轉(zhuǎn)化率都相等，不能據(jù)此判斷反應(yīng)為平衡狀態(tài)，A錯(cuò)誤；

B.該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不相等的反應(yīng)，由于壓強(qiáng)恒定不變，若反應(yīng)未達(dá)到平衡，氣體體積就會(huì)發(fā)生變化，由于氣體質(zhì)量不變，所以密度就會(huì)發(fā)生變化，因此若密度不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B正確；

C.氫氣是反應(yīng)物，氨氣是生成物，若氫氣減少，則氨氣必然增加，其比值就會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)的比值不變時(shí)說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)， C正確；

D.氮?dú)馐欠磻?yīng)物，氨氣是生成物，只要不平衡，若氮?dú)鉁p少，則氨氣比增加，其比值就會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)比值不變時(shí)，說(shuō)明反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，但當(dāng)比值為2時(shí)，不一定說(shuō)明不再變化，所以不一定是平衡狀態(tài)，D錯(cuò)誤；

故合理選項(xiàng)是BC；

②該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，在溫度不變時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的正反應(yīng)方向移動(dòng)，氨的含量增加，由圖可知，在溫度相同時(shí)，壓強(qiáng)為P1時(shí)的平衡混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)小于壓強(qiáng)為P2時(shí)，所以根據(jù)圖示可知壓強(qiáng)：P2>P1，即P1<P2，故答案為<；

合成氨氣的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，在壓強(qiáng)不變時(shí)，升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱的逆反應(yīng)方向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)越小，D點(diǎn)的溫度高于B點(diǎn)的溫度，所以化學(xué)平衡常數(shù)：B>D，故答案為>；

③N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

開(kāi)始(mol) 1 3 0

轉(zhuǎn)化(mol)x 3x 2x

平衡(mol)1-x 3-3x 2x

由于平衡時(shí)混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)為50%，=50%，解得x=2/3，由于氮?dú)馀c氫氣反應(yīng)的物質(zhì)的量的比是1:3，加入的物質(zhì)的物質(zhì)的量的比是1:3，所以氮?dú)馀c氫氣的轉(zhuǎn)化率相等，即為66.7%，故答案為66.7%；

根據(jù)圖示可知A、B兩點(diǎn)平衡混合物中氨的含量相同，B點(diǎn)溫度和壓強(qiáng)均高于A點(diǎn)溫度和壓強(qiáng)，溫度升高，速率加快，壓強(qiáng)增大，速率加快，所以在A、B兩點(diǎn)條件下的化學(xué)反應(yīng)速率v(A)<v(B)，故答案為<；

(3) N2H4可作火箭推進(jìn)劑，NH3和NaClO在一定條件下反應(yīng)可生成N2H4，反應(yīng)中N的化合價(jià)升高，故氯的化合價(jià)降低，產(chǎn)物為NaCl，在根據(jù)得失電子守恒和質(zhì)量守恒，方程式為2NH3＋NaClON2H4＋NaCl＋H2O，根據(jù)方程，2mol NH3反應(yīng)生成1mol N2H4轉(zhuǎn)移2NA的電子，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子量為0.3NA時(shí)，標(biāo)況下消耗NH30.3mol，在標(biāo)況下的體積為V=0.3mol×22.4L/mol=6.72L，故答案為2NH3＋NaClON2H4＋NaCl＋H2O；6.72L。