Question

【題目】氨是工農業生產中重要的基礎物質，研究合成氨及氨的應用具有重要意義。

（1）已知：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)ΔH=-92kJ/mol，N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的活化能為508kJ/mol。則2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能為___________kJ/mol

（2）我國科研人員研制出Ti-H-Fe雙溫區催化劑（Ti-H區與Fe區溫差可超過100℃）。Ti-H-Fe雙溫區催化合成氨的反應歷程如下圖一，其中吸附在催化劑表面的物種用“*”標注。

下列說法中正確的是___________。

A．①為的斷裂過程

B．①②③在高溫區發生，④⑤在低溫區發生

C．④為N原子由Fe區域向Ti-H區域的傳遞過程

D．使用Ti-H-Fe雙溫區催化劑時合成氨反應轉變為吸熱反應

（3）以氨和CO2為原料合成尿素的反應為2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(l)＋H2O(g)。工業生產時，需要原料氣帶有水蒸氣，圖二中曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示在不同水碳比[]時，CO2的平衡轉化率與氨碳比[]之間的關系。

①曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ對應的水碳比最大的是________，判斷依據是________。

②測得M點氨氣的平衡轉化率為40%，則x1＝______。

（4）將氨氧化法制硝酸過程中氨經催化氧化后的氣體（高于800℃）急劇冷卻到100℃以下，一方面除去大量的H2O，使NO(g)和O2(g)發生反應，另一方面溫度低有利于生成NO2(g)。

2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反應歷程分兩步：

Ⅰ.2NO(g)N2O2(g)(反應快，瞬間達到平衡)ΔH1＜0

v1正＝k1正c2(NO) v1逆＝k1逆c(N2O2)

Ⅱ.N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)(反應慢)ΔH2＜0

v2正＝k2正c(N2O2)c(O2) v2逆＝k2逆c2(NO2)

其中k1、k2是速率常數，隨溫度上升而增大。

則:①一定溫度下，反應2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)達到平衡狀態，請寫出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示的平衡常數表達式K＝_____，根據速率方程分析，升高溫度該總反應速率減小的原因是__________。

②由實驗數據得到v2正～c(O2)的關系可用如圖表示。當x點升高到某一溫度時，反應重新達到平衡，則可能變為相應的點為__(填字母)。

Answer 1

【答案】600 BC Ⅲ 當氨碳比相同時，水碳比越大，即原料氣中含水蒸氣越多，CO2的平衡轉化率越小 3 溫度升高，反應I逆向移動并迅速達到平衡，導致N2O2濃度減小，雖然溫度升高k2正、k2逆均增大，但對反應Ⅱ的影響弱于N2O2濃度減小的影響，導致反應Ⅱ速率變小，總反應的速率由較慢的一步決定，所以總反應速率減小 a

【解析】

(1)設N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的活化能為E1，2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能為E2，2NH3(g)N2(g)+3H2(g)是N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的逆反應，則E1-E2=ΔH，所以，508kJ/mol -E2=-92kJ/mol，解得：E2=600kJ/mol，故答案為：600；

(2)A．①為催化劑吸附N2的過程，A錯誤；

B．從圖上可知：②過程為在Fe區形成過渡態的過程，為吸熱反應，在高溫區反應更利于形成過渡態，那么Fe區為高溫區，Ti-H區為低溫區，①②③都是在Fe區反應的，即①②③都是在高溫區反應的，④⑤都是在Ti-H區反應的，即④⑤都是在低溫區反應的，B正確；

C．由圖可知，④為N原子由Fe區域向Ti-H區域的傳遞過程，C正確；

D．一個反應是吸熱反應還是放熱反應與是否使用催化劑、使用什么催化劑無關，只與反應物的始態和終態有關，由合成氨的ΔH＜0可知，合成氨為放熱反應，D錯誤；

綜上所述：BC正確，AD錯誤，故答案為：BC；

(3)①橫坐標，即氨碳比[]一定時，水碳比[]增大，則n(H2O)增大，c(H2O)增大，平衡逆向移動，CO2的轉化率應減小，當氨碳比相同時，水碳比越大，即原料氣中含水蒸氣越多，CO2的平衡轉化率越小，則Ⅲ為水碳比最大的曲線，故答案為：Ⅲ；當氨碳比相同時，水碳比越大，即原料氣中含水蒸氣越多，CO2的平衡轉化率越小；

②設CO2的起始物質的量為1，則NH3的起始物質的量為x1，M點：氨氣的平衡轉化率為40%，CO2的轉化率為60%，則有：40%x1=60%×1×2，解得x1=3，故答案為：3；

(4)①平衡時，v1正＝v1逆，v2正＝v2逆，即k1正c2(NO)=k1逆c(N2O2)，k2正=c(N2O2)×c(O2)＝k2逆c2(NO2)，即，，2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的K==×=×=。溫度升高，反應I逆向移動并迅速達到平衡，導致N2O2濃度減小，雖然溫度升高k2正、k2逆均增大，但對反應Ⅱ的影響弱于N2O2濃度減小的影響，導致反應Ⅱ速速率變小，總反應的速率由較慢的一步決定，所以總反應速率減小，故答案為：；溫度升高，反應I逆向移動并迅速達到平衡，導致N2O2濃度減小，雖然溫度升高k2正、k2逆均增大，但對反應Ⅱ的影響弱于N2O2濃度減小的影響，導致反應Ⅱ速率變小，總反應的速率由較慢的一步決定，所以總反應速率減小；

②溫度升高平衡N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)逆向移動，c(O2)增大，橫坐標比x點的橫坐標大。溫度升高，反應I逆向移動并迅速達到平衡，導致N2O2濃度減小，雖然溫度升高k2正、k2逆均增大，但對反應Ⅱ的影響弱于N2O2濃度減小的影響，導致反應Ⅱ速率變小，即v2正減小，縱坐標比x點的縱坐標小，綜上所述，a點可能，故答案為：a。