Question

【題目】氧和氮是大氣的主要成分，氮的化合物在工業上均有重要的應用。

（1）根據下列反應寫出由熱化學循環在較低溫度下由水分解制備氫氣的熱化學方程式：________________

（2）在恒容密閉容器中，發生反應N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，下列說法可以證明反應已達到平衡狀態的是__________________。（填序號）

①單位時間內生成n molN2的同時生成2n molNH3

②1個N≡N鍵斷裂的同時，有6個N—H鍵形成

③1個N≡N鍵斷裂的同時，有3個H—H鍵形成

④混合氣體的密度不再改變的狀態 ⑤混合氣體的壓強不再改變的狀態

⑥混合氣體的平均相對分子質量不再改變的狀態。

為提高H2的轉化率，實際生產中宜采取的措施有________(填字母)。

A．及時移出氨 B．最適合催化劑活性的適當高溫

C．適當增大壓強 D．循環利用和不斷補充氮氣

E．減小壓強 F．降低溫度

（3）電廠煙氣脫氮的主反應①： 4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(g)，副反應②： 2NH3(g)＋8NO(g)5N2O(g)＋3H2O(g)。平衡混合氣中N2與N2O含量與溫度的關系如圖，請解釋在400K～600K時，平衡混合氣中這兩種氣體的含量隨溫度的變化而改變的原因是_____________________________

（4）肼(N2H4)是一種重要的化工原料，既可用于制藥，又可用作火箭燃料。向2 L的恒容密閉容器中充入2mol N2H4，發生反應N2H4(g)N2(g)+2H2(g)，（用x表示）與時間的關系如圖1所示，則該溫度下，此反應的平衡常數K=_______________。

肼在另一條件下也可達到分解平衡，同時生成兩種氣體，且其中一種氣體能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍。圖2為平衡體系中肼的體積分數與溫度、壓強的關系，則p2_______ (填“大于”或“小于”) p1。

Answer 1

【答案】 H2O(l)=H2(g)+O2(g) ΔH=+286 kJ/mol ①③⑤⑥ ABCD 反應①為放熱反應，溫度升高平衡左移，N2含量降低；反應②為吸熱反應，溫度升高平衡右移，N2O含量升高 1 大于

【解析】試題分析：本題考查蓋斯定律的應用，化學平衡的標志，化學平衡常數的計算，圖像分析以及化學反應速率和化學平衡理論的實際應用。

（1）將三個熱化學方程式編號：

H2SO4（aq）=SO2（g）+H2O（l）+O2（g） ΔH1=+327kJ·mol-1（①式）

SO2（g）+I2（s）+2H2O（l）=2HI（aq）+ H2SO4（aq） ΔH2=-151 kJ·mol-1（②式）

2HI（aq）=H2（g）+I2（s） ΔH3=+110 kJ·mol-1（③式）

應用蓋斯定律，將①式+②式+③式得H2O（l）=H2（g）+O2（g） ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3=+327kJ/mol-151kJ/mol+110kJ/mol=+286kJ/mol，水分解制備氫氣的熱化學方程式為H2O(l)=H2(g)+O2(g) ΔH=+286 kJ/mol。

（2）①單位時間內生成n molN2的同時生成2n molNH3，表明正、逆反應速率相等，說明反應達到平衡狀態；②1個N≡N鍵斷裂的同時，有6個N—H鍵形成，只表示了正反應，不能說明反應達到平衡狀態；③1個N≡N鍵斷裂的同時，有3個H—H鍵形成，表示正、逆反應速率相等，說明反應達到平衡狀態；④該反應中所有物質都是氣體，氣體的質量始終不變，容器的容積不變，混合氣體的密度始終不變，不能說明反應達到平衡狀態；⑤建立平衡的過程中氣體分子物質的量減小，恒容時混合氣體的壓強減小，平衡時氣體物質的量不變，混合氣體的壓強不變，混合氣體的壓強不再改變說明反應達到平衡狀態；⑥混合氣體的質量始終不變，建立平衡過程中氣體物質的量減小，混合氣體的平均相對分子質量增大，平衡時氣體物質的量不變，混合氣體的平均相對分子質量不變，混合氣體的平均相對分子質量不再改變說明反應達到平衡狀態；能說明反應已達到平衡狀態的為①③⑤⑥。

A項，及時移出氨平衡正向移動，提高H2的轉化率，實際生產中使用；B項，最適合催化劑活性的適當高溫可加快反應速率，實際生產中使用；C項，適當增大壓強，一方面加快反應速率，另一方面平衡正向移動，提高H2的轉化率，實際生產中使用；D項，循環利用和不斷補充氮氣，平衡正向移動，提高H2的轉化率，實際生產中使用；E項，減小壓強，平衡逆向移動，H2轉化率降低，且反應速率慢，實際生產中不使用；F項，降低溫度，雖然平衡正向移動，提高H2的轉化率，但反應速率慢，實際生產中不使用；答案選ABCD。

（3）由圖像知，升高溫度N2的含量降低，反應①為放熱反應；升高溫度N2O的含量增加，反應②為吸熱反應。則在400K～600K時，平衡混合氣中這兩種氣體的含量隨溫度的變化而改變的原因是：反應①為放熱反應，溫度升高平衡左移，N2含量降低；反應②為吸熱反應，溫度升高平衡右移，N2O含量升高。

（4）設從起始到平衡過程中轉化N2H4的物質的量為x，用三段式

N2H4(g)N2(g)+2H2(g)

n（起始）（mol） 2 0 0

n（轉化）（mol） x x 2x

n（平衡）（mol） 2-x x 2x

由圖像知平衡時=3，=3，解得x=1mol，則平衡時N2H4、N2、H2的物質的量濃度依次為0.5mol/L、0.5mol/L、1mol/L，反應的平衡常數K=[c（N2）·c2（H2）]/c（N2H4）==1。

肼在另一條件下也可達到分解平衡，同時生成兩種氣體，且其中一種氣體能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍，說明分解生成NH3，反應的方程式為3N2H4（g）4NH3（g）+N2（g），其他條件不變時增大壓強，平衡逆向移動，N2H4的體積分數增大，圖像中相同溫度下，p2平衡時N2H4的體積分數大于p1，則p2大于p1。