题目内容
氨气是生产氮肥、硝酸、纯碱等的重要原料。
（1）实验室模拟合成氨。在恒温恒容密闭容器中按照甲、乙、丙三种方式分别投料（单位是mol /L），平衡时测得甲容器中H2的转化率为20%。
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N2 |
H2 |
NH3 |
|
甲 |
1 |
3 |
0 |
|
乙 |
0.5 |
1.5 |
1 |
|
丙 |
0 |
0 |
4 |
①平衡时甲容器中氨气的浓度为 。
②乙容器中开始反应时，v逆 v正(填＜、＞或＝)。
③达平衡时，甲、乙、丙三容器中NH3的体积分数由大到小的顺序为 。
（2）工业上以NH3和CO2为原料合成尿素[CO(NH2)2]，反应的化学方程式为：
2NH3 (g)+ CO2 (g) 
CO(NH2)2
(l) + H2O (l)，该反应的平衡常数和温度关系如下：
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T / ℃ |
165 |
175 |
185 |
195 |
|
K |
111.9 |
74.1 |
50.6 |
34.8 |
①焓变ΔH_____0（填“＞”、“＜”或“＝”）。
②在一定温度和压强下，若原料气中的NH3和CO2的物质的量之比（氨碳比）
＝x，下图是氨碳比（x）与CO2平衡转化率（α）的关系。α随着x增大而增大的原因是 。
③右图中的B点处，NH3的平衡转化率为 。
(9分)（1）①0.4 mol/L(2分) ②＞(1分) ③丙＞甲＝乙(2分)
（2） ①＜(1分) ②c(NH3)增大，平衡正向移动(1分) ③32%(2分)
【解析】
试题分析：（1）①氢气的转化率是20%，则甲中消耗氢气的浓度是3mol/L×20%＝0.6mol/L，则根据方程式N2＋3H2
2NH3可知，生成氨气的浓度是0.4mol/L。
②乙容器中如果1mol/L氨气完全转化为氮气和氢气，在氮气和氢气的浓度是1mol/L和3mol/L，因此甲和乙容器是等效的。所以乙容器中平衡是氨气的浓度是0.4mol/L，小于1mol/L，因此平衡向逆反应方向进行，即v逆＞v正。
③丙容器中相当于氮气和氢气的起始浓度是2mol/L和6mol/L，由于容器体积相等，所以丙容器相当于是在甲容器的基础上增大压强，平衡向生成氨气的方向移动，因此平衡时氨气的体积分数增大，则达平衡时，甲、乙、丙三容器中NH3的体积分数由大到小的顺序为丙＞甲＝乙。
（2）①根据表中数据可知，随着温度的升高，反应的平衡常数逐渐减小。这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，因此正方应是放热反应，则焓变ΔH＜0。
②x值越大，即c(NH3)增大，促使平衡向正反应方向移动，因此CO2的转化率增大。
③根据图像可知，B点表示x＝4.0，CO2的转化率是64%。设CO2的物质的量是n，则氨气的物质的量是4n。反应中消耗CO2的物质的量＝0.64n，则根据方程式可知，消耗氨气的物质的量＝0.64n×2＝1.28n，因此氨气的转化率＝
×100%＝32%。
考点：考查等效平衡的应用；反应热判断以及可逆反应转化率计算等
综合自测系列答案（15分）氨气是一种重要的化工原料，大量用于制造尿素、纯碱、铵态氮肥以及硝酸，在有机合成工业中制合成纤维、塑料、染料等。请回答下列问题：
（1）氨气是工业制备硝酸的重要原料，已知下列三个热化学方程式：
① N2 (g)+ 3H2 (g)
2NH3 (g) △H1
② 4NH3(g) +5O2 (g)＝ 4NO(g) +6H2O(l) △H2
③ N2 (g)+ O2 (g)＝ 2NO (g) △H
能否应用△H1和△H2表示△H？
若能用△H1和△H2表示△H，则写出△H= ；若不能，说明理由：
。
（2）在相同的温度下，容积相等的两个恒容密闭容器（编号分别为a和b）中，一定量的氮气和氢气发生下列可逆反应：
N2(g) ＋ 3H2(g) 2NH3(g) △H＝－92.4 kJ/mol
实验测得反应起始时各物质的物质的量及平衡时放出的热量如下表：
| 容器编号 | 起始时各物质物质的量/mol | 平衡时反应 | ||
| N2 | H2 | NH3 | ||
| a | 1 | 3 | 0 | 23.1 |
| b | 2 | 6 | 0 | 未知（用E表示） |
①反应a和反应b的氢气转化率相同
②利用已知数据可以计算反应b的平衡常数
③利用已知数据可以计算反应b放出的能量E
④平衡时a、b两个反应的氨气体积分数为1:1
（3）温度为400℃、压强为30Mpa的情况下，密闭容器中发生氢气与氮气的合成氨反应：N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) △H＜0 。氨气的物质的量[n(NH3)]和氢气的物质的量[n(H2)]随时间变化的关系如下图：
正反应速率最大的点是 （选填a、b、c、d中的一个或几个），氮气的物质的量[n(N2)]相等的两点是 （选填a、b、c、d中的两个）；保持其他条件不变，将温度改为600℃，在上图中画出反应达到平衡的过程中氨气的变化曲线。
（4）工业合成氨用煤制备原料气氢气时，往往排放大量的二氧化碳。实际工业生成中可利用二氧化碳联合生产二甲醚（CH3OCH3），一定条件下，在容积固定的密闭设备中发生反应：
2CO2(g)＋6H2(g)
CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H＜0两个密闭恒容容器中在温度均为T且保持不变的情况下进行上述反应，一段时间后测得两个容器中有关数据及正逆反应速率关系如下表：
| 容器 | c(CO2) /mol·L－1 | c(H2) /mol·L－1 | c(CH3OCH3) /mol·L－1 | c(H2O) /mol·L－1 | v (正)和v (逆)比较 |
| 容器I | 1.0×10－2 | 1.0×10－2 | 1.0×10－4 | 1.0×10－4 | v (正)＝v (逆) |
| 容器II | 2.0×10－2 | 1.0×10－2 | 1.0×10－4 | 2.0×10－4 | |
（15分）氨气是一种重要的化工原料，大量用于制造尿素、纯碱、铵态氮肥以及硝酸，在有机合成工业中制合成纤维、塑料、染料等。请回答下列问题：
（1）氨气是工业制备硝酸的重要原料，已知下列三个热化学方程式：
① N2 (g)+ 3H2
(g) 
2NH3 (g) △H1
② 4NH3(g) +5O2 (g)＝ 4NO(g) +6H2O(l) △H2
③ N2 (g)+ O2 (g)＝ 2NO (g) △H
能否应用△H1和△H2表示△H？
若能用△H1和△H2表示△H，则写出△H= ；若不能，说明理由：
。
（2）在相同的温度下，容积相等的两个恒容密闭容器（编号分别为a和b）中，一定量的氮气和氢气发生下列可逆反应：
N2(g)
＋ 3H2(g)
2NH3(g) △H＝－92.4 kJ/mol
实验测得反应起始时各物质的物质的量及平衡时放出的热量如下表：
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容器编号 |
起始时各物质物质的量/mol |
平衡时反应 |
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N2 |
H2 |
NH3 |
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a |
1 |
3 |
0 |
23.1 |
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b |
2 |
6 |
0 |
未知（用E表示） |
下列说法正确的是 （填序号）
① 反应a和反应b的氢气转化率相同
②利用已知数据可以计算反应b的平衡常数
③利用已知数据可以计算反应b放出的能量E
④平衡时a、b两个反应的氨气体积分数为1:1
（3）温度为400℃、压强为30Mpa的情况下，密闭容器中发生氢气与氮气的合成氨反应：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
△H＜0 。
氨气的物质的量[n(NH3)]和氢气的物质的量[n(H2)]随时间变化的关系如下图：
正反应速率最大的点是 （选填a、b、c、d中的一个或几个），氮气的物质的量[n(N2)]相等的两点是 （选填a、b、c、d中的两个）；保持其他条件不变，将温度改为600℃，在上图中画出反应达到平衡的过程中氨气的变化曲线。
（4）工业合成氨用煤制备原料气氢气时，往往排放大量的二氧化碳。实际工业生成中可利用二氧化碳联合生产二甲醚（CH3OCH3），一定条件下，在容积固定的密闭设备中发生反应：
2CO2(g)＋6H2(g)
CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H＜0
两个密闭恒容容器中在温度均为T且保持不变的情况下进行上述反应，一段时间后测得两个容器中有关数据及正逆反应速率关系如下表：
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容器 |
c(CO2) /mol·L－1 |
c(H2) /mol·L－1 |
c(CH3OCH3) /mol·L－1 |
c(H2O) /mol·L－1 |
v (正)和v (逆)比较 |
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容器I |
1.0×10－2 |
1.0×10－2 |
1.0×10－4 |
1.0×10－4 |
v (正)＝v (逆) |
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容器II |
2.0×10－2 |
1.0×10－2 |
1.0×10－4 |
2.0×10－4 |
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容器I中的反应 (选填“是”或“否”)达到平衡状态，该反应在温度为T时的平衡常数K= 。表格内的空格处v(正)与v(逆)的大小关系是 。
氨气是一种重要的化工原料，主要用于生产氮肥、硝酸、纯碱等化工产品。下图是合成氨，并联合生产硝酸、纯碱的简要流程示意图：
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（1）设备A的名称是 ，设置循环B→A的目的是 。
（2）反应①的化学方程式是 。
反应③中氧化剂和还原剂的质量比为 。
（3）用两个化学方程式表示过程⑤中的反应过程。
（4）上述纯碱生产中过程⑤CO2的主要来源是 。
氨气作为一种重要的化工原料，主要用于生产氮肥、硝酸、纯碱、尿素等化工产品。下图是合成氨，并联合生产硝酸、纯碱、尿素的简要流程示意图：
反应体系中各组分的部分性质见下表：
| 气体 | 氮气 | 氢气 | 氨 |
| 熔点（℃） | －210 | －253 | －78 |
| 沸点（℃） | －195 | －259 | －33 |
（1）设备A的名称是 ，副产物B的化学式是
（2）合成氨反应的平衡常数很小，所以在工业上采取气体循环的流程。即反应后通过把混合气体的温度至少降低到 ℃（填具体温度），使 分离出来，循环使用的气体有 。
（3）已知尿素的结构简式为
反应②的化学方程式是 。
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（5）已知：4NH3+3O2 
2N2 + 6H2O ，以此设计的氨燃料电池的负极电极反应式为_____________________________（电极材料均为惰性电极,KOH溶液作电解质溶液）。