题目内容

【题目】氨的合成对社会发展与进步有巨大贡献。

(1)某温度下,在容积均为2L的两个密闭容器中分别发生反应。N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=-92.0kJ/mol。相关数据如下:

容器

反应物投入量

1molN2(g)和3molH2(g)

2molNH3(g)

平衡时c(NH3)

c1

c2

平衡时能量变化

放出18.4kJ

吸收akJ

①下列情况能说明该反应一定达到中平衡状态的是_____(填字母)。

A.3v(N2)=v(H2) B.N2、H2的浓度之比不再随时间改变

C.容器内混合气体的密度保持不变 D.容器内混合气体的平均相对分子质量不变

②其他条件不变,达到平衡后,下列不能提高H2转化率的操作是_____ (填字母)。

A.升高温度 B.充入更多的H2 C.移除NH3 D.压缩容器体积

③c1__c2(填“>”“<”或“=”)。

(2)合成氨也可以采用电化学法,其原理如右图所示。则阴极的电极反应式是_________

(3)已知:氨在某催化剂催化氧化过程中主要有以下两个竞争反应:

反应I:4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H=-906kJ/mol

反应II:4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) △H=-1267kJ/mol

①该条件下,N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=_____kJ/mol

②为分析催化剂对反应的选择性,在1L密闭容器中充入1molNH3和2molO2,在一定时间内测得有关物质的物质的量随温度变化如图所示。

该催化剂在较低温度时主要选择反应___填“反应I”或“反应II”)。当温度高于840℃时,反应I中NO的物质的量减少的原因是________。520℃时,反应I的平衡常数K=____(只列算式不计算)。

【答案】 AD AB = N2+6e-+6H+=2NH3 +180.5 反应Ⅱ 反应Ⅰ为放热反应,在840℃时,反应达到平衡状态,继续升高温度,平衡逆向移动,从而使NO物质的量减少 mol/L

【解析】(1)①化学反应达到化学平衡状态时正逆反应速率相等且不等于0,各物质的浓度不再发生变化由此衍生的一些物理量不发生变化以此进行判断得出正确结论
②N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),两种物质组成改变一种会增大另一种物质转化率本身转化率减小平衡正向进行氢气转化率增大
③应用恒温恒容条件下的等效平衡知识来解决甲、乙是等效平衡则甲和乙建立的平衡相同,氨气的浓度相同据此分析

(2)阴极发生还原反应,氮气在阴极上放电,与氢离子结合生成氨气。

(3) ①根据盖斯定律计算反应热;

②从图可知,在较低温度时,产物主要是N2,所以该催化剂在较低温度时主要选择反应II;反应Ⅰ为放热反应,在840℃时,反应达到平衡状态,继续升高温度,平衡逆向移动,从而使NO物质的量减少;

520℃时,各物质的平衡浓度c(N2)=c(NO)=0.2mol/L,根据N原子守恒,C(NH3)=(1-0.2-0.2×2)mol/L=0.4mol/L,C(H2O)=1.5(0.2+0.4)mol/L=0.9mol/L,c(O2)=(2-0.1-0.45)mol/L=1.45mol/L,以此计算平衡常数

详解:(1)①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),
A.反应速率之比等于化学方程式计量数之比为正反应速率之比3v(N2)=v(H2)说明正反应等于逆反应速率,反应达到平衡状态A正确;
B. N2、H2的浓度之比始终不变,不随反应而改变,不能说明反应达到平衡状态B错误;
C.反应前后气体质量不变体积不变气体密度始终不变气体的密度不再随时间改变C错误
D.气体质量不变气体物质的量减小气体的平均相对分子质量不再随时间改变说明反应达到平衡状态D正确

因此,本题正确答案是: AD;
②A.反应为放热反应,升高温度平衡逆向进行氢气转化率减小,故A符合
b.充入更多的H2会提高N2的转化率氢气转化率减小B符合
c.移除NH3平衡正向进行氢气转化率增大C不符合
d. 压缩容器体积,压强增大平衡正向进行氢气转化率增大,故D不符合
因此,本题正确答案是: AB;
应用恒温恒容条件下的乙的投料量极端转化为甲相当于投1molN2(g)和3molH2(g),所以两者是等效平衡所以c1=c2

因此,本题正确答案是:=;
(2)阴极发生还原反应,氮气在阴极上放电,与氢离子结合生成氨气,电极反应式为N2+6e-+6H+=2NH3

因此,本题正确答案是:N2+6e-+6H+=2NH3

(3)①(反应II-反应I)/2得N2(g)+O2(g)2NO(g)△H=+180.5kJ/mol

②从图可知,在较低温度时,产物主要是N2,所以该催化剂在较低温度时主要选择反应II;反应Ⅰ为放热反应,在840℃时,反应达到平衡状态,继续升高温度,平衡逆向移动,从而使NO物质的量减少;

520℃时,各物质的平衡浓度c(N2)=c(NO)=0.2mol/L,根据N原子守恒,C(NH3)=(1-0.2-0.2×2)mol/L=0.4mol/L,C(H2O)=1.5(0.2+0.4)mol/L=0.9mol/L,c(O2)=(2-0.1-0.45)mol/L=1.45mol/L,

反应I的平衡常数K==mol/L

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