题目内容

14．合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为：
N2（g）+3H2（g）═2NH3（g）△H=-92.4kJ•mol-1一种工业合成氨的简易流程图如下：
（1）在密闭容器中，使2mol N2和6mol H2混合发生下列反应：N2（g）+3H2（g）═2NH3（g）（正反应为放热反应）
当反应达到平衡时，N2和H2的浓度比是1：3．升高平衡体系的温度（保持体积不变），
混合气体的平均相对分子质量变小．（填“变大”“变小”或“不变”）
（2）天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS．一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式：2NH4HS+O2$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$2NH3•H2O+2S↓．
（3）步骤Ⅱ中制氢气原理如下：
①CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）△H=+206.4kJ•mol-1
②CO（g）+H2O（g）═CO2（g）+H2（g）△H=-41.2kJ•mol-1
对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，又能加快反应速率的措施是a．
a．升高温度　b．增大水蒸气浓度c．加入催化剂  d．降低压强
利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2产量．若a mol CO和H2的混合气体（H2的体积分数为80%）与H2O反应，得到1.14a mol CO、CO2和H2的混合气体，则CO转化率为70%．
（4）上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是（填序号）Ⅳ对原料气加压．简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：分离液氨后，未反应的N2、H2循环使用．

分析 （1）依据起始量氮气和氢气物质的量之比等于反应之比分析判断；反应是放热反应，升温平衡逆向进行，气体质量不变，物质的量增大，根据M=$\frac{m}{n}$判断；
（2）H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS，一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，反应过程中生成一水合氨，依据原子守恒和电子守恒配平书写化学方程式；
（3）反应①是气体体积增大的吸热反应，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，说明平衡正向进行，又能加快反应速率，说明影响反应速率的条件可以是升温、加压、增大浓度等，分析反应特征可知反应正向进行且反应速率增大的只有升温平衡向吸热反应进行，平衡正向进行反应速率增大，依据平衡移动原理和影响反应速率因素分析判断；依据化学平衡三段式列式计算，根据转化率的表达式计算；
（4）依据反应是气体体积减小的放热反应，结合平衡移动原理分析判断．

解答 解：（1）依据起始量氮气和氢气物质的量之比等于反应之比分析判断，在密闭容器中，使2molN2和6molH2混合发生下列反应：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g），反应物起始量之比等于化学方程式中的反应之比，所以平衡浓度为1：3；N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）（正反应为放热反应），反应是放热反应，所以升温平衡逆向进行，气体质量不变，气体物质的量增大，M=$\frac{m}{n}$可知，混和气体的平均相对分子质量减小；故答案为：1：3；变小；
（2）H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS，一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，反应过程中生成一水合氨，依据原子守恒和电子守恒配平书写化学方程式为：2NH4HS+O2$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$2NH3•H2O+2S↓，故答案为：2NH4HS+O2$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$2NH3•H2O+2S↓；
（3）反应①CH4（g）+H2O（g）?CO2（g）+3H2（g）△H=+206.4 kJ•mol-1，是气体体积增大的吸热反应，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，说明平衡正向进行，又能加快反应速率，说明影响反应速率的条件可以是升温、加压、增大浓度等，分析反应特征可知反应正向进行且反应速率增大的只有升温平衡向吸热反应进行，平衡正向进行反应速率增大；
a．反应是吸热反应，升高温度，反应速率增大，平衡正向进行，平衡体系中H2百分含量增大，故a正确；
b．增大水蒸气浓度，平衡正向进行，反应速率增大，但平衡体系中H2百分含量不一定增大，故b错误；
c．加入催化剂，改变反应速率不改变化学平衡，反应速率增大，氢气百分含量不变，故c错误；
d．减小压强，平衡向着正向移动，氢气百分含量增大，但反应速率减小，故d错误；
利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2产量，若：amol CO和H2的混合气体（H2的体积分数为80%）中 H2为：amol×80%=0.8amol，CO的物质的量为：0.2amol，与H2O反应，得到1.14amol CO、CO2和H2的混合气体，该反应前后气体体积不变，增加的部分应该是起始的水蒸气的物质的量为：1.14amol-amol=0.14amol，
设转化的一氧化碳的物质的量为x，则
            CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）
起始量（mol） 0.2a  0.14a      0      0.8a
变化量（mol） x       x          x      x
平衡量（mol）0.2a-x   0.14a-x    x    x+0.8a
则：0.2a-x+x+x+0.8a=1.14a，
x=0.14amol
则CO转化率为：$\frac{0.14amol}{0.2a\\;mol}$×100%=70%，
故答案为：a；70%；
（4）由流程合成氨放热通过Ⅳ热交换器加热反应混合气体，使反应达到所需温度，提高合成氨原料总转化率，依据平衡移动原理分析，分离出氨气促进平衡正向进行，把平衡混合气体中氮气和氢气重新循环使用，提高原理利用率，
故答案为：Ⅳ对原料气加压；分离液氨后，未反应的N2、H2循环使用．

点评 本题考查了化学平衡影响因素、化学平衡的计算，题目难度中等，注意化学平衡的计算方法，明确化学平衡及其影响因素，试题培养了学生的分析、理解能力及化学计算能力．

练习册系列答案
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4．为测定一种气态烃的化学式，取一定量的A置于密闭容器中燃烧，定性实验表明产物是CO2，CO和水蒸气．学生甲、乙设计了如下两个方案，均认为根据自己的方案能求出A的最简式．他们测得的有关数据如下（图中的箭头表示气体的流向，实验前系统内的空气已排除）：
甲方案

乙方案

试回答：
（1）请选出你认为合理的实验方案甲．（填“甲”、“乙”或“甲、乙均可”）
（2）若要确定A的分子式，是否还需要测定其它数据？否．（填“是”、或“否”），如果需要，该测定哪些数据？最简式CH4，C：H=1：4只有甲烷．（上空若填“否”，此空不填），如果不需要，请说明理由-．
5．下列物质充分反应后，滴入KSCN溶液，显红色的是（　　）
A．FeO+HNO3（溶液）B．过量铁+稀硫酸
C．FeCl3（溶液）+过量铁D．Fe+CuSO4（溶液）
2．下列气体的收集用错装置的是（　　）
A．
Cl2的收集		B．
  HCl的收集		C．
NH3的收集		D．
  NO的收集
9．下列说法中正确的是（　　）
A．△H＞0表示放热反应，△H＜0表示吸热反应
B．反应产物的总焓大于反应物的总焓时，△H＞0
C．△H的大小与热化学方程式中的各物质的化学计量数无关
D．在化学反应中，发生物质变化的同时不一定发生能量变化
19．（1）铅蓄电池是常用的化学电源，其电极材料是Pb和PbO2，电解液为稀硫酸．工作时该电池总反应式为PbO2+Pb+2H2SO4═2PbSO4+2H2O，据此判断：
①铅蓄电池的负极材料是Pb．
②工作时，电解质溶液的酸性减小（填“增大”、“减小”或“不变”）
③工作时，电解质溶液中阴离子移向负极．
④电流方向从正极流向负极．
（2）如图表示一定条件下，A、B、C三种气体物质的量浓度随时间变化的情形，回答下列问题：
①该反应的反应物是A
②该反应的化学方程式为2A?B+3C
③在0-2min，该反应用A表示的平均反应速率为0.4mol•L-1•min-1．
6．某有机化合物结构简式为
（1）写出其分子式C16H16O5．
（2）指出所有的官能团名称碳碳双键、碳碳叁键、羟基、酯基、羧基．
（3）分子中的极性共价键有C=O、C-O、C-H、O-H．
（4）分子中一定与苯环处于同一平面的碳原子数有4个．分子中有2种双键．
3．下列说法不正确的是（　　）
A．元素周期表中，除第一和第七周期外，第n周期所含非金属元素的种数均为（8-n）
B．SiCl4、PCl3分子中各原子最外层均达到8电子稳定结构
C．气态氢化物的水溶液都是酸
D．ⅠA族和ⅥA族元素形成的原子个数比1：1、电子总数38的化合物，是有共价键的离子化合物
4．某试管中充满红棕色气体（可能是混合物），当倒扣在盛有水的水槽中时，试管内水面上升，但不能充满试管，当向试管内鼓入氧气后，可以观察到试管中水柱继续上升，经过多次重复后，试管内完全被水充满，对原来试管中盛装的气体判断不正确的是（　　）
A．可能是N2与NO2的混和气体B．可能是N2与NO的混和气体
C．可能是NO与NO2的混和气体D．可能是NO2一种气体

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