Question

【题目】氨为重要化工原料，有广泛用途。

(1)合成氨中的氢气可由下列反应制取:

a．CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)△H=＋216.4kJ/mol

b．CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)△H=－41.2kJ/mol

则反应CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g)△H=_____________kJ/mol

(2)起始时投入氮气和氢气分别为1mol、3mol，在不同温度和压强下合成氨。平衡时混合物中氨的体积分数与温度关系如图。

①恒压时，反应一定达到平衡状态的标志是__________ (填序号)；

A．N2和H2的转化率相等

B．反应体系密度保持不变

C．比值保持不变

D．＝2

②P1________P2(填“>”、“<”、“=”、“不确定”，下同)；反应平衡常数：B点______D点；

③C点H2的转化率_______________；在A、B两点条件下，该反应从开始到平衡时生成氨气平均速率:v(A)_______v(B)。

(3)N2H4可作火箭推进剂，NH3和NaClO在一定条件下反应可生成N2H4。

①写出NH3和NaClO反应生成N2H4的化学方程式_____________________________________________。

②当转移电子量为0.3NA时，标况下消耗NH3____________L。

Answer 1

【答案】＋175.2kJ/mol BC < > 66.7%(或2/3) < 2NH3＋NaClO N2H4＋NaCl＋H2O 6.72L

【解析】

(1)将两个热化学方程式叠加，就可得到相应反应的热化学方程式，△H也相加；

(2)①根据反应达到平衡时任何一组分的速率不变，物质的浓度、含量等不变判断平衡状态；

②该反应是气体体积减小的反应，在温度不变时，增大压强，平衡正向移动，氨的含量增加；在压强不变时，根据该反应的正反应是放热反应分析判断B、D两点的化学平衡常数大小；

③根据C点时氨的含量是50%，利用三段式计算H2的转化率；根据A、B两点的温度、压强的大小及温度、压强与化学反应速率的影响分析；

(3)利用题目信息找出反应物和生成物，再利用电子守恒及质量守恒配平，然后计算。

(1)a+b，整理可得CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)△H=+175.2kJ/mol，故答案为＋175.2kJ/mol；

(2)①A.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在该反应中N2、H2反应的物质的量的比是1：3，加入的物质的物质的量的比是1：3，所以无论反应是否达到平衡，N2和H2的转化率都相等，不能据此判断反应为平衡状态，A错误；

B.该反应是反应前后气体分子数不相等的反应，由于压强恒定不变，若反应未达到平衡，气体体积就会发生变化，由于气体质量不变，所以密度就会发生变化，因此若密度不变，反应达到平衡状态，B正确；

C.氢气是反应物，氨气是生成物，若氢气减少，则氨气必然增加，其比值就会发生变化，当的比值不变时说明反应达到平衡状态， C正确；

D.氮气是反应物，氨气是生成物，只要不平衡，若氮气减少，则氨气比增加，其比值就会发生变化，当比值不变时，说明反应处于平衡状态，但当比值为2时，不一定说明不再变化，所以不一定是平衡状态，D错误；

故合理选项是BC；

②该反应是气体体积减小的反应，在温度不变时，增大压强，平衡向气体体积减小的正反应方向移动，氨的含量增加，由图可知，在温度相同时，压强为P1时的平衡混合物中氨的体积分数小于压强为P2时，所以根据图示可知压强：P2>P1，即P1<P2，故答案为<；

合成氨气的反应是放热反应，在压强不变时，升高温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，化学平衡常数越小，D点的温度高于B点的温度，所以化学平衡常数：B>D，故答案为>；

③N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

开始(mol) 1 3 0

转化(mol)x 3x 2x

平衡(mol)1-x 3-3x 2x

由于平衡时混合物中氨的体积分数为50%，=50%，解得x=2/3，由于氮气与氢气反应的物质的量的比是1:3，加入的物质的物质的量的比是1:3，所以氮气与氢气的转化率相等，即为66.7%，故答案为66.7%；

根据图示可知A、B两点平衡混合物中氨的含量相同，B点温度和压强均高于A点温度和压强，温度升高，速率加快，压强增大，速率加快，所以在A、B两点条件下的化学反应速率v(A)<v(B)，故答案为<；

(3) N2H4可作火箭推进剂，NH3和NaClO在一定条件下反应可生成N2H4，反应中N的化合价升高，故氯的化合价降低，产物为NaCl，在根据得失电子守恒和质量守恒，方程式为2NH3＋NaClON2H4＋NaCl＋H2O，根据方程，2mol NH3反应生成1mol N2H4转移2NA的电子，当转移电子量为0.3NA时，标况下消耗NH30.3mol，在标况下的体积为V=0.3mol×22.4L/mol=6.72L，故答案为2NH3＋NaClON2H4＋NaCl＋H2O；6.72L。