Question

2．氢气是清洁能源，也是重要的化工原料．
（1）以H₂为原料制取氨气进而合成CO（NH₂）₂的反应如下：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.40kJ•mol^-1
2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-86.98kJ•mol^-1则N₂（g）、H₂（g）与CO₂（g）反应生成CO（NH₂）₂（s）和H₂O（l）的热化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-179.38KJ/mol．
（2）已知H₂S高温热分解制H₂的反应为H₂S（g）?H₂（g）+$\frac{1}{2}$S₂（g）．在体积为2L的恒容密闭容器中，通入3.5molH₂S，控制不同温度进行H₂S的分解实验，测得H₂S的平衡转化率与温度的关系如图1所示．
①985℃时，反应经7min达到平衡，则上述反应从起始至7min内的反应速率v（S₂）=0.05mol/（L•min）．
②反应S₂（g）+2H₂（g）?2H₂S（g）的△H＜（填“＞”或“＜”）0．
（3）使用石油热裂解的副产物CH₄来制取CO和H₂，其生产流程如图2所示：

①此流程的第Ⅰ步反应为CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），一定条件下CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如图3所示．则p₁＜（填“＜”“＞”或“=”）p₂．
②100℃时，将3mol CH₄和4molH₂O通入容积为100L的恒容密闭容器中，达到平衡时容器中CO（g）和H₂O（g））的浓度相同．100℃时该反应的平衡常数K=0.0216．

Answer 1

分析 （1）N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.40kJ•mol^-1 ①
2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-86.98kJ•mol^-1 ②
根据盖斯定律将①+②计算可得；
（2）①根据在985℃时，H₂S的转化率为40%，即可求出H₂S的物质的量的该变量，然后根据在反应中，物质的量的该变量之比等于计量数之比，即可求出S₂的物质的量的该变量，然后根据v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$来计算反应速率．
②据图可知，温度越高，H₂S的平衡转化率越高，则说明升高温度，反应H₂S=H₂（g）+$\frac{1}{2}$S₂（g）平衡右移，反应吸热，据此判断；
（3）①采取控制变量法分析，由图可知温度相同时，到达平衡时，压强为P₁的CH₄转化率高，反应为气体体积增大的反应，增大压强平衡向体积减小的方向移动；
②依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度结合平衡常数概念计算得到．

解答 解：（1）已知：N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.40kJ•mol^-1 ①
2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-86.98kJ•mol^-1 ②
将①+②可得：
N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=（-92.4KJ/mol）+（-86.98KJ/mol）=-179.38KJ/mol，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-179.38KJ/mol．
（2）①在985℃时，H₂S的转化率为40%，H₂S的物质的量的该变量△n=3.5mol×40%=1.4mol，在反应中，物质的量的该变量之比等于计量数之比，故S₂的物质的量的该变量△n=0.7mol，故反应速率v（S₂）=v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.7mol}{2L}}{7min}$=0.05mol/（L•min），故答案为：0.05mol/（L•min）；
②据图可知，温度越高，H₂S的平衡转化率越高，则说明升高温度，反应H₂S=H₂（g）+$\frac{1}{2}$S₂（g）平衡右移，反应吸热，故反应S₂（g）+2H₂（g）=2H₂S（g）放热，即△H＜0，故答案为：＜；
（3）①由图可知温度相同时，到达平衡时，压强为P₁的CH₄转化率高，平衡向正反应方向移动，反应为气体体积增大的反应，增大压强平衡向体积减小的方向移动，即P₁＜P₂；故答案为：＜；
②100℃时，将3mol CH₄和4mol H₂O通入容积为100L的恒容密闭容器中，CO（g）和H₂O（g））的浓度相同，
               CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol/L） 0.03    0.04       0        0
变化量（mol/L） 0.02    0.02     0.02     0.06
平衡量（mol/L） 0.01    0.02     0.02      0.06
平衡常数K=$\frac{c（CO）c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）c（H{\;}_{2}O）}$=$\frac{0.02×0.06{\;}^{3}}{0.01×0.02}$=0.0216；
故答案为：0.0216．

点评 本题考查了利用盖斯定律来解题和反应速率的求算、平衡的计算以及利用温度对平衡转化率的影响来分析反应吸热还是放热等，难度不大．