题目内容

3.氨是化肥工业和基础化工的重要原料.请回答下列问题:
(1)工业上主要用氮气与氢气在高温高压下和车氨,平衡混合物中氨的百分含量与温度和压强的关系如图所示(其中n(N2):n(H2)=1:3).
①列式计算A点合成氨反应的平衡常数Kp(A)=$\frac{16}{27}$(用平衡分压代替平衡浓度计算),图中A,B,C三点平衡常数Kp(A),Kp(B),Kp(C)的关系是Kp(A)=Kp(C)>Kp(B).
②图中p1,p2,p3,p4,p5的大小顺序为p1>p2>p3>p4>p5
③常温下工业原料气的平衡转化率比500℃高得多,实际生产时不采用常温的原因是反应速率慢,催化剂活性低,经济效益低.
(2)已知:
N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.2kJ•mol-1
N2(g)+2O2(g)?2NO2(g)△H=+67.7kJ•mol-1
2H2(g)+O2(g)?2H2O(l)△H=-571.6kJ•mol-1
则8NH3(g)+6NO2(g)?7N2(g)+12H2O(I)△H=-3263.9kJ•mol-1

分析 (1)①依据图象可知A点氨气平衡含量为50%,其中n(N2):n(H2)=1:3,据此计算此时氨气物质的量,用平衡分压代替平衡浓度计算,可以利用气体物质的量计算平衡常数,平衡常数随温度变化,图象变化趋势可知随温度升高,氨气含量减小,说明反应是放热反应,B点温度高平衡常数小;
②工业上主要用氮气与氢气在高温高压下合成氨的反应是气体体积减小的放热反应,压强越大平衡正向进行程度越大;
③合成氨的反应是气体体积减小的放热反应,常温下工业原料气的平衡转化率比500℃高得多,但反应速率和催化剂的催化作用小,经济效益低;
(2)依据热化学方程式和盖斯定律计算所需热化学方程式得到反应的焓变;

解答 解:①依据图象可知A点氨气平衡含量为50%,其中n(N2):n(H2)=1:3,据此计算此时氨气物质的量,设氨气物质的量为x,得到
         N2+3H2═2NH3
平衡:1   3    x     
$\frac{x}{1+3+x}$=50%  
x=4 
因为:压强之比等于物质的量之比
所以:Kp(A)=$\frac{{P}^{2}(N{H}_{3})}{P({N}_{2}){P}^{3}({H}_{2})}$=$\frac{{4}^{2}}{1×{3}^{3}}$=$\frac{16}{27}$
平衡常数只与温度有关,温度升高,平衡常数减小,用平衡分压代替平衡浓度计算,可以利用气体物质的量计算平衡常数,平衡常数随温度变化,图象变化趋势可知随温度升高,氨气含量减小,说明反应是放热反应,B点温度高平衡常数小,所以:Kp(A)=Kp(C)>Kp(B),
故答案为:$\frac{16}{27}$,Kp(A)=Kp(C)>Kp(B);
②工业上主要用氮气与氢气在高温高压下合成氨的反应是气体体积减小的放热反应,压强越大平衡正向进行程度越大,图象分析可知在温度一定时压强越大平衡正向进行氨气的含量增大,所以压强大小为p1>p2>p3>p4>p5
故答案为:p1>p2>p3>p4>p5
③合成氨的反应是气体体积减小的放热反应,常温下工业原料气的平衡转化率比500℃高得多,但反应速率和催化剂的催化作用小,经济效益低,实际生产时不采用常温的原因是反应速率慢,催化剂活性低,经济效益低,
故答案为:反应速率慢,催化剂活性低,经济效益低;
(2)①N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.2kJ•mol-1
②N2(g)+2O2(g)?2NO2(g)△H=+67.7kJ•mol-1
③2H2(g)+O2(g)?2H2O(l)△H=-571.6kJ•mol-1
(③×2-②)×3-①×4得到:8NH3(g)+6NO2(g)?7N2(g)+12H2O(I)△H=-3263.9KJ/mol,
故答案为:-3263.9.

点评 本题考查了化学平衡常数的影响因素和计算分析,图象的理解应用和影响化学平衡的因素,热化学方程式书写方法,掌握基础是关键,题目难度中等.

练习册系列答案
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11.已知:氧化亚铜不溶于水和有机溶剂,但可溶于稀盐酸、稀硫酸并生成+2价铜盐和铜单质.氧化亚铜在干燥的空气中稳定,但在潮湿空气中被缓慢氧化为氧化铜.实验室用葡萄糖还原新制氢氧化铜制备氧化亚铜时,可能会有少量氧化铜生成.某校化学兴趣小组对氧化亚铜进行如下实验探究:
Ⅰ.用还原法制备氧化亚铜.
(1)用葡萄糖还原新制氢氧化铜悬浊液制取氧化亚铜时,实验现象是加热后沉淀由蓝色变红色.
(2)该小组同学用此法制取并分离处氧化亚铜固体,实验中用到的比例仪器除试管,胶头滴管、酒精灯、烧杯外,还有漏斗、玻璃棒.
Ⅱ.检验样品中是否含有氧化铜.
(3)该小组同学将制得的氧化亚铜样品溶于足量稀硫酸.甲同学认为若溶液变为蓝色,则说明样品中含所有氧化铜杂质.乙同学认为此推论不合理,原因是(用化学方程式表示)Cu2O+H2SO4═CuSO4+Cu+H2O.
(4)丙同学采用如图装置(所加试剂均足量)进行实验,通过测定c装置反应后固体的质量(m1)以及反应后d装置增加的质量(m2),计算确定样品中是否含有氧化铜.
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