Question

1．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(yīng)用于化工、輕工、化肥、制藥、合成纖維、塑料等行業(yè)中，是重要的化工產(chǎn)品．
（1）以甲烷為原料可制得合成氨氣用的氫氣．有關(guān)化學反應(yīng)的能量變化如圖1所示．則CH₄（g）與H₂O（g）反應(yīng)生成CO（g）和H₂（g）的熱化學方程式為CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）△H=-（a+b-3C）kJ．mol^-1．

（2）已知N₂（g）+3H₂?2NH₃（g）△H=-94.4kJ•mol^-1，恒容時，體系中各物質(zhì)濃度隨時間變化的曲線如圖2所示．

①25min時采取的措施是將NH₃從反應(yīng)體系中分離出去．
②在實際制氨氣工業(yè)生產(chǎn)中和該措施的目的相同的其它措施還有高壓、原料氣循環(huán)利用等．
（3）①CO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(yīng)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(jīng)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
②在一恒溫恒容的密閉容器中，按照1：1充入一定物質(zhì)的量的CO和NH₃氣體與足量的乙酸二氨合銅（I）溶液反應(yīng)，容器中氨氣的物質(zhì)的量濃度隨時間的變化如圖3所示．若在35s時再充入原物質(zhì)的量的CO和NH₃氣體后，請在圖3中畫出氨氣的物質(zhì)的量濃度隨時間變化圖．
（4）①用氨氣制取尿素[CO（NH₂）]的反應(yīng)為2NH₃（g）+CO₂（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2molCO₂，該反應(yīng)進行到40s時，達到平衡，此時CO₂的轉(zhuǎn)化率為50%．則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=2500．
②在實際工業(yè)生產(chǎn)中，原料氣帶有水蒸氣，圖4表示CO₂的轉(zhuǎn)化率與氨碳比$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$、水碳比$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{O}_{2}）}$的變化關(guān)系．
a、曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ對應(yīng)的水碳比（n（H₂O）/n（CO₂））最大的是Ⅲ．
b、測得B點氨的轉(zhuǎn)化率為40%，則x₁=3．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)圖象分析反應(yīng)過程都是能量降低的過程，說明反應(yīng)是放熱反應(yīng)；寫出對應(yīng)熱化學方程式，依據(jù)蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（2）①根據(jù)25min時氨氣的物質(zhì)的量變?yōu)?，而氮氣和氫氣的物質(zhì)的量不變進行解答；
②依據(jù)實際生產(chǎn)需要和平衡移動方向分析判斷需要的條件；
（3）①依據(jù)平衡移動方向分析判斷需要的條件；
②使用催化劑時，改變反應(yīng)速率，不改變化學平衡，依據(jù)催化劑只加快反應(yīng)速率不影響平衡濃度畫出圖象；
（4）①根據(jù)時段Ⅲ條件下達到平衡時各組分的濃度及平衡常數(shù)表達式進行解答；
②a依據(jù)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的大小分析，結(jié)合圖象分析判斷；
b根據(jù)氨氣和二氧化碳的轉(zhuǎn)化率之比求出x₁．

解答 解：（1）圖象分析反應(yīng)過程都是能量降低的過程，反應(yīng)的熱化學方程式為：
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=+bKJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-cKJ/mol
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-bKJ/mol
由蓋斯定律③-②×3-①得到：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g）△H=-（a+b-3C） kJ．mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g）△H=-（a+b-3C） kJ．mol^-1；
（2）①25min時氨氣的物質(zhì)的量迅速變?yōu)?而氮氣、氫氣的物質(zhì)的量不變，之后氮氣、氫氣的物質(zhì)的量逐漸減小，氨氣的物質(zhì)的量逐漸增大，說明25min時將NH₃從反應(yīng)體系中分離出去，
故答案為：將NH₃從反應(yīng)體系中分離出去；
②在實際制氨氣工業(yè)生產(chǎn)中和該措施的目的相同的其它措施還有高壓、原料氣循環(huán)利用等方法，故答案為：高壓、原料氣循環(huán)利用等；
（3）①吸收CO后的乙酸銅氨液經(jīng)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(jù)化學平衡[Cu（NH₃）₂CH₃COO]（l）+CO（g）+NH₃（g）?[Cu（NH₃）₃]CH₃COO•CO（l）；△H＜0，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，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；
②若反應(yīng)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(yīng)速率，不改變化學平衡，曲線的轉(zhuǎn)折點在橫坐標40之前，縱坐標必需在20的線上，該反應(yīng)的進程曲線為如圖所示：，
故答案為：；
（4）①某溫度下，向容積為100L的密閉容器中通入4molNH₃和2molCO₂，該反應(yīng)進行到40s時達到平衡，此時CO₂的轉(zhuǎn)化率為50%，轉(zhuǎn)化的二氧化碳為1mol，則：
           2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）
起始量（mol）：4        2                       0
變化量（mol）：2        1                       1
平衡量（mol）：2        1                       1
則平衡常數(shù)K=$\frac{c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）×c（C{O}_{2}）}$=$\frac{\frac{1}{100}}{（\frac{2}{100}）^{2}×\frac{1}{100}}$=2500L²•mol^-2，
故答案為：2500；
②a、氨碳比相同時曲線Ⅰ二氧化碳的轉(zhuǎn)化率大，所以生產(chǎn)中選用水碳比的數(shù)值為Ⅲ，故答案為：Ⅲ；
b、由題意可知：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂+H₂O（g）
   起始量   x₁      1
   變化量   2a      a
即：$\frac{2a}{{x}_{1}}$=40%，$\frac{a}{1}$=60%，則x₁=3，
故答案為：3．

點評 本題考查了熱化學方程式、化學反應(yīng)速率計算、影響化學平衡的因素，熟悉方法和蓋斯電極計算應(yīng)用，圖象分析，化學平衡計算，平衡常數(shù)概念的分析應(yīng)用是解題關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的綜合考查，題目難度中等．