Question

15．氨气是一种重要的化工产品，是生产铵盐、尿素等的原料．现有如下两种合成氨的途径：
Ⅰ．N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1
Ⅱ．2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.0kJ/mol
（1）根据上述反应，写出表示H₂燃烧热的热化学方程式H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol．
（2）2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）在恒容密闭容器中达到平衡的标志有：C．
①单位时间内生成3n mol H₂同时生成2n mol NH₃
②用NH₃、N₂、H₂表示反应速率比为2：1：3
③混合气体的密度不再改变
④混合气体压强不再改变
⑤混合气体平均相对分子质量不再改变
A．①③④B．①②④⑤C．①④⑤D．②③④
（3）工业上常用CO₂和NH₃通过如下反应合成尿素[CO（NH₂）₂]．
CO₂（g）+2NH₃（g）$\stackrel{一定条件}{?}$CO（NH₂）₂（1）+H₂O△H＜0
t℃时，向容积恒定为2L的密闭容器中加入0.10molCO₂和0.40molNH₃，70min开始达到平衡．反应中CO₂（g）的物质的量随时间变化如下表所示：

时间/min	0	30	70	80	100
n（CO2）/mol	0.10	0.060	0.040	0.040	0.040

①20min时，υ_正（CO₂ ）＞80min时υ_逆（H₂O）（填“＞”、“=”或“＜”）．
②在100min时，保持其它条件不变，再向容器中充入0.050mo1CO₂和0.20molNH₃，重新建立平衡后CO₂的转化率与原平衡相比将增大（填“增大”、“不变”或“减小”）．
③上述可逆反应的平衡常数为76.53（保留二位小数）．
④根据表中数据在图甲中绘制出在t℃下NH₃的转化率随时间变化的图象．保持其它条件不变，则（t+10）℃下正确的图象可能是B（填图甲中的“A”或“B”）．

Answer 1

分析 （1）Ⅰ．N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1
Ⅱ．2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.0kJ/mol
根据盖斯定律$\frac{Ⅰ×2-Ⅱ}{6}$计算得到；
（2）化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，且不等于0，各物质的浓度不再发生变化，由此衍生的一些物理量不发生变化，以此进行判断，得出正确结论；
（3）①增大浓度，加快化学反应速率；
②根据等效平衡进行判断；
③根据平衡常数的定义进行计算；
④升高温度，平衡逆向移动，氨气的转化率减小；
⑤根据电解原理书写电极反应式，并进行相关计算．

解答 解：（1）Ⅰ．N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1
Ⅱ．2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.0kJ/mol
根据盖斯定律$\frac{Ⅰ×2-Ⅱ}{6}$得，H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?H₂O（l）△H=$\frac{-92.4×2-1530}{6}$=-285.8kJ/mol
故答案为：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol；
（1）单位时间内：①生成3n mol H₂是正反应，同时生成2n mol NH₃为逆反应，且化学反应速率之比等于化学计量数之比，故正逆反应速率相等，故①正确；
②用NH₃、N₂、H₂表示反应速率比为2：1：3，化学反应速率之比等于化学计量数之比，与平衡无关，故②错误；
③密度=$\frac{总质量}{体积}$，总质量不变，体积不变，故混合气体的密度不再改变不能作为判断是否达到化学平衡状态的依据，故③错误；
④反应前后气体的化学计量数之和不等，故混合气体压强不再改变可作为判断是否达到化学平衡状态的依据，故④正确；
⑤平均相对分子质量=$\frac{总质量}{总物质的量}$，总质量不变，总物质的量在变，故混合气体平均相对分子质量不再改变可作为判断是否达到化学平衡状态的依据，故⑤正确；故在恒容密闭容器中达到平衡的标志有①④⑤，
故选C；
（3）①20min时，n（CO₂ ）=0.06～0.10mol，80min时，n（H₂O）=0.06mol，n（CO₂ ）＞n（H₂O），故20min时，υ_正（CO₂ ）＞80min时．υ_逆（H₂O），故答案为：＞；
②原始投料n（CO₂ ）：n（NH₃）=0.1mol：0.4mol=1：4，新增投料n（CO₂ ）：n（NH₃）=0.05mol：0.2mol=1：4，恒温恒容，投料比相同，相当于增大压强，有利于平衡正向移动，故平衡后CO₂的转化率增大，故答案为：增大；
③平衡时，c（CO₂）=0.04÷2=0.02mol/L，c（NH₃）=（0.4-0.06×2）÷2=0.14mol/L，c（H₂O）=0.06÷2=0.03mol/L，故K=$\frac{0.03}{0.02×0.14×0.14}$=76.53，故答案为：76.53；
④利用三段式计算出30min时NH₃的转化率为20%，70min时NH₃的转化率为30%，然后模仿已有曲线绘制出曲线，注意70min前的图象不能画成直线，无论是吸热还是放热反应，温度升高时，达到平衡的时间都会缩短；该反应是放热反应，温度升高，平衡会逆向移动，所以NH₃的转化率会减小，故答案为：B；
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点评 本题考查盖斯定律的应用、化学平衡状态的判断、化学反应速率和化学平衡的影响因素、平衡常数的计算等，综合性较强，难度中等．