Question

【题目】氧和氮是大气的主要成分，氮的化合物在工业上均有重要的应用。

（1）根据下列反应写出由热化学循环在较低温度下由水分解制备氢气的热化学方程式：________________

（2）在恒容密闭容器中，发生反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，下列说法可以证明反应已达到平衡状态的是__________________。（填序号）

①单位时间内生成n molN2的同时生成2n molNH3

②1个N≡N键断裂的同时，有6个N—H键形成

③1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键形成

④混合气体的密度不再改变的状态 ⑤混合气体的压强不再改变的状态

⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态。

为提高H2的转化率，实际生产中宜采取的措施有________(填字母)。

A．及时移出氨 B．最适合催化剂活性的适当高温

C．适当增大压强 D．循环利用和不断补充氮气

E．减小压强 F．降低温度

（3）电厂烟气脱氮的主反应①： 4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(g)，副反应②： 2NH3(g)＋8NO(g)5N2O(g)＋3H2O(g)。平衡混合气中N2与N2O含量与温度的关系如图，请解释在400K～600K时，平衡混合气中这两种气体的含量随温度的变化而改变的原因是_____________________________

（4）肼(N2H4)是一种重要的化工原料，既可用于制药，又可用作火箭燃料。向2 L的恒容密闭容器中充入2mol N2H4，发生反应N2H4(g)N2(g)+2H2(g)，（用x表示）与时间的关系如图1所示，则该温度下，此反应的平衡常数K=_______________。

肼在另一条件下也可达到分解平衡，同时生成两种气体，且其中一种气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。图2为平衡体系中肼的体积分数与温度、压强的关系，则p2_______ (填“大于”或“小于”) p1。

Answer 1

【答案】 H2O(l)=H2(g)+O2(g) ΔH=+286 kJ/mol ①③⑤⑥ ABCD 反应①为放热反应，温度升高平衡左移，N2含量降低；反应②为吸热反应，温度升高平衡右移，N2O含量升高 1 大于

【解析】试题分析：本题考查盖斯定律的应用，化学平衡的标志，化学平衡常数的计算，图像分析以及化学反应速率和化学平衡理论的实际应用。

（1）将三个热化学方程式编号：

H2SO4（aq）=SO2（g）+H2O（l）+O2（g） ΔH1=+327kJ·mol-1（①式）

SO2（g）+I2（s）+2H2O（l）=2HI（aq）+ H2SO4（aq） ΔH2=-151 kJ·mol-1（②式）

2HI（aq）=H2（g）+I2（s） ΔH3=+110 kJ·mol-1（③式）

应用盖斯定律，将①式+②式+③式得H2O（l）=H2（g）+O2（g） ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3=+327kJ/mol-151kJ/mol+110kJ/mol=+286kJ/mol，水分解制备氢气的热化学方程式为H2O(l)=H2(g)+O2(g) ΔH=+286 kJ/mol。

（2）①单位时间内生成n molN2的同时生成2n molNH3，表明正、逆反应速率相等，说明反应达到平衡状态；②1个N≡N键断裂的同时，有6个N—H键形成，只表示了正反应，不能说明反应达到平衡状态；③1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键形成，表示正、逆反应速率相等，说明反应达到平衡状态；④该反应中所有物质都是气体，气体的质量始终不变，容器的容积不变，混合气体的密度始终不变，不能说明反应达到平衡状态；⑤建立平衡的过程中气体分子物质的量减小，恒容时混合气体的压强减小，平衡时气体物质的量不变，混合气体的压强不变，混合气体的压强不再改变说明反应达到平衡状态；⑥混合气体的质量始终不变，建立平衡过程中气体物质的量减小，混合气体的平均相对分子质量增大，平衡时气体物质的量不变，混合气体的平均相对分子质量不变，混合气体的平均相对分子质量不再改变说明反应达到平衡状态；能说明反应已达到平衡状态的为①③⑤⑥。

A项，及时移出氨平衡正向移动，提高H2的转化率，实际生产中使用；B项，最适合催化剂活性的适当高温可加快反应速率，实际生产中使用；C项，适当增大压强，一方面加快反应速率，另一方面平衡正向移动，提高H2的转化率，实际生产中使用；D项，循环利用和不断补充氮气，平衡正向移动，提高H2的转化率，实际生产中使用；E项，减小压强，平衡逆向移动，H2转化率降低，且反应速率慢，实际生产中不使用；F项，降低温度，虽然平衡正向移动，提高H2的转化率，但反应速率慢，实际生产中不使用；答案选ABCD。

（3）由图像知，升高温度N2的含量降低，反应①为放热反应；升高温度N2O的含量增加，反应②为吸热反应。则在400K～600K时，平衡混合气中这两种气体的含量随温度的变化而改变的原因是：反应①为放热反应，温度升高平衡左移，N2含量降低；反应②为吸热反应，温度升高平衡右移，N2O含量升高。

（4）设从起始到平衡过程中转化N2H4的物质的量为x，用三段式

N2H4(g)N2(g)+2H2(g)

n（起始）（mol） 2 0 0

n（转化）（mol） x x 2x

n（平衡）（mol） 2-x x 2x

由图像知平衡时=3，=3，解得x=1mol，则平衡时N2H4、N2、H2的物质的量浓度依次为0.5mol/L、0.5mol/L、1mol/L，反应的平衡常数K=[c（N2）·c2（H2）]/c（N2H4）==1。

肼在另一条件下也可达到分解平衡，同时生成两种气体，且其中一种气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，说明分解生成NH3，反应的方程式为3N2H4（g）4NH3（g）+N2（g），其他条件不变时增大压强，平衡逆向移动，N2H4的体积分数增大，图像中相同温度下，p2平衡时N2H4的体积分数大于p1，则p2大于p1。