题目内容
【题目】碳、氮等元素及其化合物和人类生产、生活密切相关,请回答下列问题:
(1)氨催化氧化是硝酸工业的基础,生产过程中会发生以下反应:
主反应:
副反应:
①工业上往往采用物料比在1.7—2.0之间,主要目的是____________。
②下表所示是部分化学键的键能参数:
化学键 | N-N | O=O |
键能/kJ· mol-1 | 946 | 497.3 |
则拆开1mol NO中的化学键需要吸收的能量是__________kJ。
(2)在一定温度下,向1L密闭恒容容器中充入l mol NO和一定物质的量的CO,在催化剂作用下发生反应:2NO (g)+2CO (g)2CO2(g)+N2(g) ΔH>0,NO的物质10 s随反应时间t的变化曲线如图:
①前10 s内N2的平均生成速率为____。
②已知在t1时刻反应速率加快,则在t1时刻改变的条件可能是____。(填写一种)
(3)在723K时,将0.1mol H2和0.2mol CO2通入抽空的上述密闭容器中,发生如下反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),反应平衡后,水的物质的量分数为0.10。
①CO2 的平衡转化率等于______,反应平衡常数K等于______(保留两位有效数字)。
②再向容器中加入过量的CoO (s)和Co (s),则容器中又会增加如下平衡:CoO (s) +H2 (g)Co (s) +H2O(l)K1;CoO (s) +CO (g)
Co (s) +CO2(g) K2。最后反应平衡时,容器中水的物质的量分数为0. 30,则K1等于____。
【答案】 促进主反应发生,提高NH3的转化率 630.9 0.04 mol·L-1·s-1 升高温度或者增加了CO的浓度 15% 0.076 9
【解析】(1)①主要反应方程式中=1.25,副反应中
=0.75,采用物料比
在1.7~2.0之间,增加O2的量,有利于反应按主反应进行,且使主反应的平衡向正反应方向移动,提高NH3的转化率。②(主反应-副反应)÷2得:N2(g)+O2(g)
2NO(g) ΔH=(-905 kJ·mol-1+1268 kJ·mol-1)÷2=+181.5 kJ·mol-1。设拆开1molNO中的化学键需要消耗xkJ的能量,则:946+497.3-2x=181.5,解得x=630.9。(2)①前10 s内N2的平均生成速率,v(N2)=
。②由图知,在t1时刻,NO的物质的量逐渐减少,说明平衡向正反应方向移动,而反应速率加快,说明改变的条件可能是升高温度或者增加了CO的浓度。(3)①根据反应方程式,设反应到达平衡后,CO2转化了amol,则:
CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)
起始物质的量 0.2mol 0.1mol 0 0
转化的物质的量 amol amol amol amol
平衡时物质的量 (0.2-a)mol (0.1-a)mol amol amol
,解得a=0.03
CO2的平衡转化率:
反应平衡常数
②容器中各个反应前后气体的物质的量不变,所以在加入过量的CoO(s)和Co(s)并达到新的平衡后,所有气体的总物质的量仍然为:0.2mol+0.1mol=0.3mol。此时H2O的物质的量为:0.3mol×0.30=0.09mol。根据质量守恒,此时H2的物质的量为:0.1mol-0.09 mol =0.01mol。
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