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

(2)起始時投入氮氣和氫氣分別為1mol、3mol，在不同溫度和壓強下合成氨。平衡時混合物中氨的體積分數與溫度關系如圖。

①恒壓時，反應一定達到平衡狀態的標志是__________ (填序號)；

A．N2和H2的轉化率相等

B．反應體系密度保持不變

C．比值保持不變

D．＝2

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

③C點H2的轉化率_______________；在A、B兩點條件下，該反應從開始到平衡時生成氨氣平均速率:v(A)_______v(B)。

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

①寫出NH3和NaClO反應生成N2H4的化學方程式_____________________________________________。

②當轉移電子量為0.3NA時，標況下消耗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)將兩個熱化學方程式疊加，就可得到相應反應的熱化學方程式，△H也相加；

(2)①根據反應達到平衡時任何一組分的速率不變，物質的濃度、含量等不變判斷平衡狀態；

②該反應是氣體體積減小的反應，在溫度不變時，增大壓強，平衡正向移動，氨的含量增加；在壓強不變時，根據該反應的正反應是放熱反應分析判斷B、D兩點的化學平衡常數大小；

③根據C點時氨的含量是50%，利用三段式計算H2的轉化率；根據A、B兩點的溫度、壓強的大小及溫度、壓強與化學反應速率的影響分析；

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

(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)在該反應中N2、H2反應的物質的量的比是1：3，加入的物質的物質的量的比是1：3，所以無論反應是否達到平衡，N2和H2的轉化率都相等，不能據此判斷反應為平衡狀態，A錯誤；

B.該反應是反應前后氣體分子數不相等的反應，由于壓強恒定不變，若反應未達到平衡，氣體體積就會發生變化，由于氣體質量不變，所以密度就會發生變化，因此若密度不變，反應達到平衡狀態，B正確；

C.氫氣是反應物，氨氣是生成物，若氫氣減少，則氨氣必然增加，其比值就會發生變化，當的比值不變時說明反應達到平衡狀態， C正確；

D.氮氣是反應物，氨氣是生成物，只要不平衡，若氮氣減少，則氨氣比增加，其比值就會發生變化，當比值不變時，說明反應處于平衡狀態，但當比值為2時，不一定說明不再變化，所以不一定是平衡狀態，D錯誤；

故合理選項是BC；

②該反應是氣體體積減小的反應，在溫度不變時，增大壓強，平衡向氣體體積減小的正反應方向移動，氨的含量增加，由圖可知，在溫度相同時，壓強為P1時的平衡混合物中氨的體積分數小于壓強為P2時，所以根據圖示可知壓強：P2>P1，即P1<P2，故答案為<；

合成氨氣的反應是放熱反應，在壓強不變時，升高溫度，化學平衡向吸熱的逆反應方向移動，化學平衡常數越小，D點的溫度高于B點的溫度，所以化學平衡常數：B>D，故答案為>；

③N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

開始(mol) 1 3 0

轉化(mol)x 3x 2x

平衡(mol)1-x 3-3x 2x

由于平衡時混合物中氨的體積分數為50%，=50%，解得x=2/3，由于氮氣與氫氣反應的物質的量的比是1:3，加入的物質的物質的量的比是1:3，所以氮氣與氫氣的轉化率相等，即為66.7%，故答案為66.7%；

根據圖示可知A、B兩點平衡混合物中氨的含量相同，B點溫度和壓強均高于A點溫度和壓強，溫度升高，速率加快，壓強增大，速率加快，所以在A、B兩點條件下的化學反應速率v(A)<v(B)，故答案為<；

(3) N2H4可作火箭推進劑，NH3和NaClO在一定條件下反應可生成N2H4，反應中N的化合價升高，故氯的化合價降低，產物為NaCl，在根據得失電子守恒和質量守恒，方程式為2NH3＋NaClON2H4＋NaCl＋H2O，根據方程，2mol NH3反應生成1mol N2H4轉移2NA的電子，當轉移電子量為0.3NA時，標況下消耗NH30.3mol，在標況下的體積為V=0.3mol×22.4L/mol=6.72L，故答案為2NH3＋NaClON2H4＋NaCl＋H2O；6.72L。