题目内容

工业上以氨气为原料(铂铑合金网为催化剂)催化氧化法制硝酸的过程如下:

O2

 

(1)己知反应一经发生,铂铑合金网就会处于红热状态。写出氨催化氧化的化学方程式:______________________________________________;当温度升高时,该反应的平衡常数K值___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)硝酸厂尾气常用的处理方法是催化还原法:催化剂存在时用H2将NO2还原为N2。已知:
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)   △H= a  kJ·mol-1
N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)   △H= b  kJ·mol-1
H2O(1)=H2O(g)         △H= c   kJ·mol-1
则反应2NO2(g)+4H2(g)=N2(g)+4H2O(1)的△H=_________。(用a、b、c表示)
(3)①合成氨反应的化学方程式为N2+3H22NH3,该反应在固定容积的密闭容器中进行。下列各项标志着该反应达到化学平衡状态的是____________(填序号)
A.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2
B.3v(N2)=v(H2)
C.容器内压强保持不变
D.混合气体的相对分子质量保持不变
E.1mol N≡N键断裂,同时1mol H—H键断裂
②若在恒温条件下,将N2与H2按一定比例混合通入一个容积为2L的密闭容器中,5min反应达平衡,n(N2)=1mol,n(H2)=1mol,n(NH3)=2mol,则反应速率v(N2)=________________,H2的平衡转化率=_________________;若保持容器的温度不变,在10min时将容器的容积压缩为lL,请在答题卡坐标图中,画出从反应开始至15min时c(NH3)随时间变化曲线示意图。
(16分)
(1)4NH3+5O24NO + 6H2O  (2分)   减小(2分)
(2)(2a—b—4c)kJ/mol (2分,不写单位扣1分)
(3)①B C D(3分)
②0.1mol/(L·min)  (2分,不写或写错单位0分)   75%(2分)

(共3分,前10min的曲线1分;10~15min的曲线2分,到达平衡的时间应小于15min,NH3平衡浓度小于2.67 mol/L)

试题分析:(1)氨气具有还原性,与氧气在催化剂加热作用下发生反应,生成一氧化氮和水,该反应是氧化还原反应、可逆反应、放热反应,氮元素由—3升为+2价,氧元素由0降为—2价,根据最小公倍数法配平,则4NH3+5O24NO + 6H2O;由于升高温度平衡向吸热方向移动,正反应是放热反应,则升高温度平衡向逆反应方向移动,则生成物浓度减小,反应物浓度增大,所以重新平衡时生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值减小,即升高温度时该反应的平衡常数K减小;(2)先将4个热化学方程式分别编号为①②③④,由于①×2—②—③×4=④,根据盖斯定律,则④的焓变=①的焓变×2—②的焓变—③的焓变×4=(2a—b—4c)kJ/mol;(3)①容器内各组分浓度等于化学方程式的系数比,不能说明反应达到平衡,因为各组分变化浓度之比一定等于系数之比,而平衡浓度不一定等于系数之比,各组分浓度不随时间改变而改变才能说明达到平衡,故A错误;同一物质表示的正、逆反应速率相等,不同物质表示的正、逆反应速率之比等于化学方程式中对应系数之比时,都能说明反应达到平衡,v(N2)/v(H2)=1/3,则3v(N2)=v(H2),故B正确;合成氨是气体物质的量减小的反应,随着反应的进行,容器内混合气体的物质的量逐渐减小,则压强也逐渐减小,当混合气体总的物质的量保持不变或压强不变时,说明反应达到平衡,故C正确;由于各组分都是气体,因此混合气体的总质量始终不变,M=m/n=Mrg/mol,随着反应的进行,由于混合气体的总物质的量逐渐减小,则混合气体摩尔质量逐渐减小或相对分子质量逐渐减小,当混合气体物质的量不变或相对分子质量不变时,反应达到平衡,故D正确;N≡N键断裂、H—H键断裂都是正反应速率,故E错误;②由于氮气、氢气的起始物质的量未知,所以不能直接用定义式求氮气表示的速率,而氨气是生成物,起始时为0,则v(NH3)== =0.2mol/(L?min);由于v(N2)/ v(NH3)=1/2,则v(N2)= 0.1mol/(L?min);设氮气、氢气的起始物质的量分别为xmol、ymol,则它们的起始浓度分别为x/2mol/L、y/2mol/L,则:
N+  3H  2NH3
起始浓度/ mol·L-1         x/2     y/2        0
变化浓度/ mol·L-1         1/2     3/2        1
平衡浓度/ mol·L-1         1/2     1/2        1
则x/2—1/2=1/2,y/2—3/2=1/2,解得:x=2,y=4
氢气的平衡转化率=×100%=×100%=75%。
画图要点:①t=0时,氨气浓度为0;t=5min,氨气浓度为1mol/L;0<t<5min时,氨气浓度逐渐增大;5min≤t<10min时,氨气浓度始终为1mol/L;②t=10min时,由于容器容积缩小1半,则反应物、生成物浓度立即增大一倍,则氨气浓度变为2mol/L;③缩小容器容积,就是增大压强,反应速率增大,达到平衡的时间大约是起始时达到平衡时间的一半,因此达到平衡的时间约为5/2min;若正反应能进行到底,氮气过量,4mol氢气最多可以生成8/3mol氨气,由于可逆反应不能进行到底,则浓度一定小于8/3mol/L≈2.67mol/L;10min<t≤12.5min时,由于正反应是气体体积减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,所以氨气浓度从2mol/L逐渐增大到2.5mol/L左右;④12.5min<t≤15min时,氨气浓度始终为2.5mol/L左右。
练习册系列答案
相关题目
如图是煤化工产业链的一部分,试运用所学知识,解决下列问题:

(1)已知该产业链中某反应的平衡常数表达式为:,它所对应反应的化学方程式是
_________________________________。
(2)合成甲醇的主要反应是:2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)+90.8kJ,t℃下此反应的平衡常数为160。此温度下,在密闭容器中开始只加入CO、H2,反应l0min后测得各组分的浓度如下:
物质
H2
CO
CH3OH
浓度(mol/L)
0.2
0.1
0.4
 
①该时间段内反应速率v(H2)=      
②比较此时正、逆反应速率的大小:v       v(填“>”、“<”或“=”)
③反应达到平衡后,保持其它条件不变,若只把容器的体积缩小一半,平衡向      (填“逆向”、“正向”或“不”)移动,平衡常数K          (填“增大”、“减小” 或“不变”)。
(3)固氮是科学家致力研究的重要课题。自然界中存在天然的大气固氮过程:N2 (g) + O2 (g) →2NO (g) -180.8 kJ,工业合成氨则是人工固氮。分析两种固氮反应的平衡常数,下列结论正确的是       
 反应
大气固氮
工业固氮
温度/℃
27
2000
25
350
400
450
K
3.84×10-31
0.1
5×108
1.847
0.507
0.152
 
A.常温下,大气固氮很难进行,而工业固氮却能非常容易进行
B.模拟大气固氮应用于工业上的意义不大
C.工业固氮时温度越低,氮气与氢气反应越完全
D.K越大说明合成氨反应的速率越大
Ⅰ.800℃时,向容积为2L的恒容密闭容器中充入一定量的CO和H2O维持恒温,发生反应CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g),反应过程中测定的部分数据见下表:
反应时间/min
0
2
4
6
n(CO)/mol
1.20
0.90
 
0.80
n(H2O)/ mol
0.60
 
0.20
 
 
①反应在2 min内的平均速率为v(H2O)=___________;
②800℃时,化学平衡常数K的值为_______________;
③保持其他条件不变,向平衡体系中再通入0.20 mol H2O,与原平衡相比,达到新平衡时CO转化率______(填“增大”或“减小”或“不变”)。
④在恒温恒压密闭容器中通入CO和H2O各1 mol发生该反应,当反应达到平衡后,维持温度与压强不变,t1时再通入各1 mol的CO和H2O的混合气体,请在右图中画出正(v)、逆(v)反应速率在t1后随时间t变化的曲线图。

Ⅱ.实验室中利用复分解反应制取Mg(OH)2。实验数据和现象如下表所示(溶液体积均取用1mL):
组别
药品1
药品2
实验现象
I
0.01 mol/L NaOH溶液
0.01 mol/L MgCl2溶液
生成白色沉淀
II
0.01 mol/L氨水
0.01 mol/L MgCl2溶液
无现象
III
0.1 mol/L氨水
0.1  mol/L MgCl2溶液
现象III
IV
0.1 mol/L氨水
0.01 mol/L MgCl2溶液
生成白色沉淀
V
0.01 mol/L氨水
0.1 mol/L MgCl2溶液
无现象
 
①现象III是             
②如果向0.028 mol/L的MgCl2溶液中加入等体积的NaOH溶液,请计算NaOH溶液的浓度至少达到
         mol/L时,溶液中开始出现白色沉淀(Ksp(Mg(OH)2)= 5.6×10-12)。
③MgCl2溶液和氨水混合后存在下列化学平衡:Mg2+(aq) + 2NH3·H2O(aq)2NH4+(aq) + Mg(OH)2(s)该反应化学平衡常数的表达式为K=                     ,列出该反应平衡常数K与Kb(NH3·H2O)、Ksp(Mg(OH)2)的关系式             

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网