题目内容
【题目】氨在生产生活中应用广泛。
(1) NH2Cl与水反应生成强氧化性的物质,可作长效缓释消毒剂,工业上可通过反应:NH3(g)+Cl2(g)=NH2Cl(g) + HCl(g)制备氯胺,已知部分化学键的键能如下表所示(假定不同物质中同种化学键的键能一样), 则上述反应的H=__________kJ·mol—1
化学键 | N-H | Cl-Cl | N-Cl | H-Cl |
键能/(kJ/mol) | a | b | c | d |
(2)氨气是重要的化工产品。目前工业合成氨的原理是: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。在恒温恒压装置中进行工业合成氨反应,下列说法正确的是__________。
a.气体压强不再变化时,表明该反应已达平衡状态
b.气体密度不再变化时,表明该反应已达平衡状态
c.平衡后,压缩容器,会生成更多NH3
d.平衡后,向装置中通入一定量Ar, 平衡不移动
(3)现向三个体积均为5L,温度分别恒定为T1、 T2、T3的恒容密闭容器I、II、 III中,分别充入1 mol N2和3 molH2发生反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H1=-93 kJ·mol—1,当反应均进行到2min时H2的体积分数如图所示,其中只有一个容器中的反应已经达到平衡状态。
①2min时三个容器中的反应达到化学平衡状态的是_____容器.(填“I”、“II”或“III”)。
②0~2 min内容器I中用NH3表示的化学反应速率v(NH3)=____。 (保留两位有效数字)
③2 min时容器II中v正______ v逆。 (填“<”、 “>”或“=”)
④当三个容器中的反应均达到平衡状态时,平衡常数最小的是容器______(填容器序号),它的数值为____(保留两位有效数字)。
(4)氨在高温下可将一些固体金属氧化物还原为固态或液态金属单质,本身被氧化为N2。在不同温度下,氨气还原四种金属氧化物达到平衡后,气体中与温度(T)的关系如图所示。下列说法正确的是______(填字母)。
A. NH3还原PbO2的反应△H>0
B.工业冶炼这四种金属时,NH3冶炼金属铬(Cr)的还原效率最低
C.实验室还原出金属铜(Cu)时,325°C 下NH3的利用率比425°C下NH3的利用率更大
D.通过延长反应管的长度来增加金属氧化物和NH3的接触面积,可以减少尾气中NH3的量
【答案】a+b-c-d bc Ⅲ 0.064molL1min 1 > III 2.1 L2mol2 BC
【解析】
(1)反应的焓变等于反应物的键能之和减去生成物的键能之和;
(2)a.在恒温恒压装置中气体压强始终没有变化;
b.反应中,由质量守恒定律可知气体质量不变,该反应是一个气体体积减小的可逆反应,容器的体积会减小,气体密度增大;
c.该反应是一个气体体积减小的可逆反应,平衡后,压缩容器,容器的压强增大,平衡向正反应方向移动;
d.在恒温恒压装置中合成氨反应达到平衡后,向装置中通入一定量Ar,容器的压强减小,平衡向逆反应方向移动;
(3)①若未达平衡,温度越高反应速率越快,相同时间内氢气的含量越低;
②依据题意建立三段式求解可得;
③若未达平衡,温度越高反应速率越快,相同时间内氢气的含量越低,2min时,氢气的含量Ⅲ最大,则II没有达到平衡;
④合成氨反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,则当三个容器中的反应均达到平衡状态时,平衡常数最小的是容器Ⅲ,依据题意建立三段式求解可得;
(4)的值越大,说明冶炼金属的还原效率越低,NH3的利用率越大。
(1)反应的焓变等于反应物的键能之和减去生成物的键能之和,则反应的H=[3E(N-H)+E(Cl-Cl)]—[2 E(N-H)+E(N-Cl)+E(H-Cl)]=(a+b-c-d)kJ·mol—1,故答案为:a+b-c-d;
(2)a.在恒温恒压装置中气体压强始终没有变化,气体压强不再变化不能表明该反应已达平衡状态,故错误;
b.反应中,由质量守恒定律可知气体质量不变,该反应是一个气体体积减小的可逆反应,容器的体积会减小,气体密度增大,则气体密度不再变化能表明该反应已达平衡状态,故正确;
c.该反应是一个气体体积减小的可逆反应,平衡后,压缩容器,容器的压强增大,平衡向正反应方向移动,NH3的量增大,故正确;
d.在恒温恒压装置中合成氨反应达到平衡后,向装置中通入一定量Ar,容器的压强减小,平衡向逆反应方向移动,故错误;
bc正确,故答案为:bc;
(3)①若未达平衡,温度越高反应速率越快,相同时间内氢气的含量越低,2min时,氢气的含量Ⅲ最大,则Ⅲ到达平衡,故答案为:Ⅲ到达平衡;
②设0~2 min内容器I中氨气的转化率为x,由题意建立如下三段式:
由氢气百分含量为40%可得×100%=40%,解得x=
,则化学反应速率v(NH3)=
≈0.064 molL1min 1,故答案为:0.064 molL1min 1;
③若未达平衡,温度越高反应速率越快,相同时间内氢气的含量越低,2min时,氢气的含量Ⅲ最大,则II没有达到平衡,则v正>v逆,故答案为:>;
④合成氨反应为放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小,则当三个容器中的反应均达到平衡状态时,平衡常数最小的是容器Ⅲ,设0~2 min内容器中氨气的转化率为x,由题意建立如下三段式:
由氢气百分含量为60%可得×100%=60%,解得x=
,则平衡常数K=
≈2.1L2mol2,故答案为:2.1L2mol2;
(4)A.由图可知,NH3还原PbO2时,升高温度,增大,说明平衡向逆反应方向移动,NH3还原PbO2的反应为放热反应,△H<0,故错误;
B.相同温度时,的值越大,说明冶炼金属的还原效率越低,由图可知,相同温度时,NH3冶炼金属铬(Cr)的
最大,则还原效率最低,故正确;
C.的值越大,说明NH3的利用率越大,由图可知,还原出金属铜(Cu)时,温度升高,
增大,则325°C 下NH3的利用率比425°C下NH3的利用率更大,故正确;
D.、通过延长反应管的长度不能增加金属氧化物的表面积,不能增大金属氧化物和NH3的接触面积,故D错误;
BC正确,故答案为:BC。
