Question

12．H₂是重要的化工原料，在工業(yè)生產(chǎn)和科學研究中具有重要地位，回答下列問題：
（1）如何獲得廉價的氫氣是合成氨工業(yè)中的重要課題．目前常用戊烷跟水蒸氣反應的方法獲得氨氣：
  C₅H₁₂（g）+5H₂O（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{高溫}$5CO（g）+11H₂（g）
已知幾個反應的能量變化如圖所示，則上述反應的△H=c-5a-11bkJ•mol^-1．

（2）利用氫氣合成氨的反應原理為：3H₂（g）+N₂（g）$\frac{\underline{\;高溫、高壓\;}}{催化劑}$2NH₃（g）現(xiàn)有甲、乙、丙3個固定容積為2L的密閉容器，在相同溫度和催化劑條件下，按不同的反應物投入量進行合成氨反應，相關(guān)數(shù)據(jù)如下表示：

容器	甲	乙	丙
反應物投入量	2molH2、2molN2	4molH2、4molN2	2molNH3
平衡時N2的濃度（mol•L-1）	c1	1.5	C3
N2的體積分數(shù)	w 1	w 2	w 3
混合氣體的密度（g•L-1）	?ρ1	?ρ2	?ρ3?

①下列描述不能說明該反應已達到平衡狀態(tài)的是a（填序號）
a．容器內(nèi)混合氣體的密度保持不變   
b.3v _正（N₂）=v _逆（H₂）
c．容器內(nèi)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變
②乙容器中的反應在20min后達到平衡，這段時間內(nèi)NH₃的平均反應速率v（NH₃）=0.05mol•L^-1•min^-1，該溫度下，反應的平衡常數(shù)K=5.33L²•mol^-2（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）；
③分析上表中的數(shù)據(jù)，下列關(guān)系正確的是ac（填序號）．
a．c₁＞c₃                 b．w ₁＜w ₂            c．ρ₂＞ρ₁＞ρ_3???_???_?
④在合成氨工業(yè)中，為了提高反應物的利用率，除了要提供適宜的溫度、壓強和使用催化劑外，還要采取的措施是將產(chǎn)物混合氣中的氨冷卻分離后，剩余氣體循環(huán)使用．
（3）一定條件下存在反應：H₂（g）+I₂（g）?2HI（g）△H＜0，現(xiàn)有甲、乙兩個完全相同的恒容絕熱密閉容器，在甲中充入1molH₂和1molI₂（g），在乙中充入2molHI（g）．同時在700℃條件下開始反應，達到平衡時有關(guān)說法正確的是
①容器甲中氣體的正反應速率比容器乙中的快（填“快”、“慢”或“相同”）
②容器甲中氣體的平衡常數(shù)比容器乙中的�。ㄌ睢按蟆薄ⅰ靶　被颉跋嗟取保�
③容器甲中氣體的顏色比容器乙中的深（填“深”、“淺”或“相同”）

Answer 1

分析 （1）由可知：
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-aKJ•mol；
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-bKJ•mol；
③C₅H₁₂（g）+8O₂（g）=5CO₂（g）+6H₂O（g）△H=-cKJ•mol，由蓋斯定律可知C₅H₁₂（g）+5H₂O（g） $\frac{\underline{催化劑}}{△}$5CO（g）+11H₂（g）△H=5①+11②-③；
（2）①化學反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度不再改變，由此衍生的一些物理量也不變，結(jié)合反應的特點進行分析；
②3H₂（g）+N₂（g） $\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃（g）
初起（mol•L^-1）：2               2                      0
變化（mol•L^-1）：1.5          0.5                   1
平衡（mol•L^-1）：0.5           1.5                  1
根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算，平衡常數(shù)等于平衡時生成物濃度冪之積比上反應物濃度冪之積；
③a．丙相當在甲的基礎(chǔ)上減少氫氣，平衡逆向移動，氮氣的濃度增大，所以c_l＞c₃； 
b．乙相當在甲基礎(chǔ)上增大壓強，平衡正向移動，所以w_l＞w₂；
c．根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$，體積相同，氣體的質(zhì)量越大密度越大，m_乙＞m_甲＞m_丙，所以ρ₂＞ρ₁＞ρ₃；
④將產(chǎn)物混合氣中的氨冷卻分離后，剩余氣體循環(huán)使用，也可以使平衡正向移動，提高反應物的利用率；
（3）①容器甲中從正反應開始到達平衡，容器乙中從逆反應開始到達，平衡建立的途徑不相同；
②溫度相同時，甲乙兩容器中達到的平衡相同，平衡常數(shù)相同，但絕熱容器乙中所到達的平衡狀態(tài)，相當于在容器甲中平衡的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡向正反應移動；
③容器乙中所到達的平衡狀態(tài)，相當于在容器甲中平衡的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡向正反應移動．

解答 解：（1）由可知：
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-aKJ•mol；
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-bKJ•mol；
③C₅H₁₂（g）+8O₂（g）=5CO₂（g）+6H₂O（g）△H=-cKJ•mol，由蓋斯定律可知C₅H₁₂（g）+5H₂O（g） $\frac{\underline{催化劑}}{△}$5CO（g）+11H₂（g）△H=5①+11②-③=c-5a-11b，
故答案為：c-5a-11b；
（2）①a．容器內(nèi)混合氣體的密度一直保持不變，不能作平衡的標志，故選；
b．3v_正（N₂）=v_正（H₂）═v_逆（H₂），達平衡狀態(tài)，故不選；
c．容器內(nèi)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變，說明氣體的物質(zhì)的量不變，反應達平衡狀態(tài)，故不選；
故答案為：a；
②3H₂（g）+N₂（g） $\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃（g）
初起（mol•L^-1）：2               2                         0
變化（mol•L^-1）：1.5           0.5                      1
平衡（mol•L^-1）：0.5           1.5                     1
根據(jù)v（NH₃）=$\frac{1mol/L}{20min}$=0.05mol•L^-1•min^-1，
K=$\frac{{1}^{2}}{0．{5}^{3}×1.5}$=5.33，
故答案為：0.05；5.33；
③a．丙相當在甲的基礎(chǔ)上減少氫氣，平衡逆向移動，氮氣的濃度增大，所以c_l＞c₃，故正確； 
b．乙相當在甲基礎(chǔ)上增大壓強，平衡正向移動，所以w_l＞w₂，故錯誤；
c．根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$，體積相同，氣體的質(zhì)量越大密度越大，m_乙＞m_甲＞m_丙，所以ρ₂＞ρ₁＞ρ₃，故正確；
故答案為：ac；
④將產(chǎn)物混合氣中的氨冷卻分離后，剩余氣體循環(huán)使用，也可以使平衡正向移動，提高反應物的利用率，
故答案為：將產(chǎn)物混合氣中的氨冷卻分離后，剩余氣體循環(huán)使用；
（3）①容器甲中從正反應開始到達平衡，容器乙中從逆反應開始到達，平衡建立的途徑不相同，反應速率，甲正反應速率大于乙，故答案為：快；
B．溫度相同時，甲乙兩容器中達到的平衡相同，平衡常數(shù)相同，但絕熱容器乙中所到達的平衡狀態(tài)，相當于在容器甲中平衡的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡向正反應移動，K（甲）＜K（乙），故答案為：��；
C．容器乙中所到達的平衡狀態(tài)，相當于在容器甲中平衡的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡向正反應移動，故容器甲中的氣體顏色比容器乙中的氣體顏色深，故答案為：深．

點評 本題考查學生蓋斯定律的應用、化學平衡移動及平衡常數(shù)與計算、合成氨條件的選擇等，題目難度中等，關(guān)鍵是三行式的應用，要求學生要有扎實的基礎(chǔ)知識和靈活應用知識解決問題的能力．