题目内容

【题目】合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径,其研究来自正确的理论指导,合成氨反应的平衡常数K值和温度的关系如表:

度(℃)

360

440

520

K

0.036

0.010

0.0038

(1)①由上表数据可知该反应为_____ (填放热,吸热,无法确定 )反应

②下列措施能用勒夏特列原理解释是_____(填序号)

a.增大压强有利于合成氨 b.使用合适的催化剂有利于快速生成氨

c.生产中需要升高温度至500°C左右 d.需要使用过量的N2,提高H2转化率

(2)0.2mol氨气溶于水后再与含有0.2mol硫酸的溶液反应放热QkJ,请你用热化学方程式表示其反应式_____

(3)常温时,将amol氨气溶于水后,再通入bmol氯化氢,溶液体积为1L,且c(NH4+)=c(Cl),则一水合氨的电离平衡常数Kb=_____(用ab表示)

(4)原料气H2可通过反应 CH4(g)+H2O (g)CO(g)+3H2(g) 获取,已知该反应中,当初始混合气中的恒定时,温度、压强对平衡混合气CH4含量的影响如图所示:

①图中,两条曲线表示压强的关系是:P1_____P2(填“>”、“=”或“<”)。

②其它条件一定,升高温度,氢气的产率会__(填“增大”,“减小”减小,“不变”不变)

(5)原料气H2还可通过反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)获取

T℃时,向容积固定为5L的容器中充入1mol水蒸气和1mol CO,反应达平衡后,测得CO的浓度为0.08molL1,该温度下反应的平衡常数K值为_____

②保持温度仍为T℃,容积体积为5L,改变水蒸气和CO的初始物质的量之比,充入容器进行反应,下列描述能够说明体系处于平衡状态的是_____(填序号)

a.容器内压强不随时间改变

b.混合气体的密度不随时间改变

c.单位时间内生成a mol CO2的同时消耗a mol H2

d.混合气中n(CO):n(H2O):n(CO2):n(H2)=1:16:6:6

【答案】 放热 ad NH3·H2O(aq)+H2SO4(aq)=NH4HSO4(aq)+H2O(l)H=﹣5Q kJmol1 增大 2.25 cd

【解析】1)本题考查化学平衡常数、勒夏特列原理,化学平衡常数只受温度的影响,根据表格数据,随着温度的升高,化学平衡常数降低,说明正反应方向是放热反应;勒夏特列原理是达到平衡,改变某一因素,平衡向消弱这一因素的方向移动,合成氨N2(g)3H2(g) 2NH3(g)a、组分都是气体,反应前气体系数之和大于反应后气体系数,增大压强,平衡向正反应反应方向移动,符合勒夏特列原理,故正确;b、催化剂对化学平衡无影响,不符合勒夏特列原理,故错误;c、合成氨是放热反应,升高温度向逆反应方向进行,温度控制在500℃左右,使催化剂的催化效率达到最大,不符合勒夏特列原理,故错误;d、过量氮气,平衡向正反应方向进行,氢气的转化率增大,符合勒夏特列原理,故正确;(2)考查热化学反应方程式的书写,注意从热化学反应方程式书写的要求入手,两者的物质的量相等,生成的是NH4HSO4,消耗1molNH3时,产生热量为Q/0.2kJ=5QkJ,注意是氨气的水溶液,因此热化学反应方程式为:NH3·H2Oaq+H2SO4aq= NH4HSO4aq+H2OlH=-5Q kJ·mol1;(3)本题考查电离平衡常数的表达式,根据c(NH4)=c(Cl),应从电荷守恒入手,即c(NH4)+c(H)=c(OH)+c(Cl),因为c(NH4)=c(Cl),所以溶液显中性,Kb=c(NH4)×c(OH)/c(NH3·H2O),c(NH4)=c(Cl)=b/1mol·L1=bmol·L1,根据氮元素守恒,因此c(NH3·H2O)=(a-b)/1mol·L1=(a-b)mol·L1,代入上述表达式Kb=(b ×107)/( a- b);(4)本题考查勒夏特列原理,①作等温线,反应前气体系数之和小于反应后气体系数之和,增大压强,平衡向逆反应方向移动,甲烷的含量增大,即P1<P2;②根据线的走向,随着温度升高,甲烷的体积分数降低,说明平衡向正反应方向进行,即正反应方向是吸热反应,升高温度,氢气的产率增大;(5)本题考查化学平衡常数的计算、化学平衡状态的判断,①CO(g) + H2O(g) CO2 (g) + H2(g)

起始(mol·L-1) 0.2 0.2 0 0

变化 0.12 0.12 0.12 0.12

平衡 0.08 0.08 0.12 0.12 根据化学平衡常数定义,其表达式为K=c(H2)×c(CO2)/[c(CO)×c(H2O)]=0.122/0.082=2.25;a、因为反应前后气体系数之和相等,压强不变,不能说明反应达到平衡,故错误;b、组分都是气体,因此气体质量不变,容器是恒定,根据密度的定义,密度保持不变,不能说明反应达到平衡,故错误;c、用不同物质的反应速率表示达到平衡,要求反应方向一正一逆,且反应速率之比等于化学计量数之比,消耗氢气,说明反应向正反应方向进行,生成CO2,说明反应向逆反应方向进行,且等于化学计量数之比,反应达到平衡,故正确;d、根据浓度商进行计算,此时的浓度商为6×6/(16×1)=2.25,等于化学平衡常数,说明反应达到平衡,故正确。

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