题目内容

【题目】氮是大气中含量最多的气体,研究氮及其化合物对人类有重要的意义。

(1)合成氨的原理为:N2(g)+3H22NH3△H=-92.4kJ/mol

①将一定量的N2(g)和H2(g)放入1L的密闭容器中,在500℃、2×107Pa下达到平衡,平衡时测得N2为0.1 mol,H2为0.3 mol,NH3为0.1 mol。该条件下H2的转化率为______。

此温度下该反应的平衡常数K=__________。

②欲提高H2的转化率,下列措施可行的是___________。

a.向容器中按原比例再充入原料气

b.向容器中再充入惰性气体

c.改变反应的催化剂

d.液化生成物分离出氨

(2)在2L密闭容器中,800℃时反应2NO(g)+O2(g) 2NO2(g) △H<0体系中,各成分浓度随时间的变化如图:

①用O2表示从0~2s内该反应的平均速率υ=___________。

②能说明该反应已经达到平衡状态的是_________。

a.υ(NO2)=2υ(O2)

b.容器内压强保持不变

c.υ逆(NO)=2υ正(O2)

d.容器内的密度保持不变

③为使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动的是_________。

a.及时分离出NO2气体 b.适当升高温度

c.增大O2的浓度 d.选择高效的催化剂

(3)汽车尾气中含有CO、NO2等有毒气体,对汽车加装尾气净化装置,可使有毒气体相互反应转化为无毒气体。4CO(g)+2NO2(g)4CO2(g)+N2(g) ΔH=-1 200 kJ·mol-1对于该反应,温度不同(T2>T1)、其他条件相同时,下列图像正确的是______(填代号)。

【答案】33.3% 3.7(L/mol)2或(L/mol)2 ad 1.5×10-3mol/(L·s) bc c 乙

【解析】

(1)①利用三段式进行计算

N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)

起始浓度(molL1) 0.15 0.45 0

起始浓度(molL1) 0.05 0.15 0.1

起始浓度(molL1) 0.1 0.3 0.1

则H2的转化率=0.15mol/L÷0.45mol/L×100%=33.3%;此温度下该反应的平衡常数K=(0.1molL1)2÷[0.1mol/L×(0.3molL1)3]= 3.7(L/mol)2。

②a、向容器中按原比例再充入原料气,压强增大,平衡向右移动,H2的转化率增大;b、向容器中再充入惰性气体,平衡不移动,H2的转化率不变;c、改变反应的催化剂,平衡不移动,H2的转化率不变;d、液化生成物分离出氨,平衡向右移动,H2的转化率增大;

答案选ad。

(2)①根据图像中各物质浓度改变,可知a为NO2,b为NO,c为O2的,则0~2s内该反应的平均速率υ(O2)=(0.005molL1-0.002molL1)÷2s=1.5×10-3mol/(L·s)。

②a.υ(NO2)=2υ(O2),没有注明正反应还是逆反应,不能说明反应是否达到平衡状态;b.容器体积不变,所以压强保持不变可说明反应达到平衡;c.υ逆(NO)=2υ正(O2),说明正反应速率等于逆反应速率,反应已达到平衡;d.气体的质量和体积均为定值,所以容器内的密度保持不变不能说明反应达到平衡;

答案选bc。

③a.及时分离出NO2气体,反应速率减小,不符合题意;b.因为正反应为放热反应,所以适当升高温度平衡向逆反应方向移动,不符合题意;c. 增大O2的浓度, 反应速率增大,且平衡向正反应方向移动,符合题意;d.选择高效的催化剂,平衡不移动,不符合题意;

答案选c。

(3)温度升高至T2,正反应速率和逆反应速率都增大,υ正和υ正’不能相连,所以甲图错误;T2温度高,反应速率大,平衡向逆反应方向移动,NO2的转化率减小,故图乙正确;压强增大,平衡向正反应方向移动,CO的体积分数减小,故图丙错误;答案选乙。

练习册系列答案
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【题目】合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大突破,研究表明液氨是一种良好的储氢物质。

(1)化学家Gethard Ertl证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的过程,示意如下图:

下列说法正确的是____(选填字母)。

A.①表示N2、H2分子中均是单键

B.②→③需要吸收能量

C.该过程表示了化学变化中包含旧化学键的断裂和新化学键的生成

(2)氨气分解反应的热化学方程式如下:2NH3(g)N2(g)+3H2(g) △H,若N三N键、H一H键和N一H键的键能分别记作a、b和c(单位:kJ·mol-l),则上述反应的△H=___kJ·mol一1。

(3)研究表明金属催化剂可加速氨气的分解。下表为某温度下等质量的不同金属分别催化等浓度氨气分解生成氢气的初始速率(m mol.min一1)。

①不同催化剂存在下,氨气分解反应活化能最大的是___(填写催化剂的化学式)。

②温度为T,在一体积固定的密闭容器中加入2 molNH3,此时压强为P0,用Ru催化氨气分解,若平衡时氨气分解的转化率为50%,则该温度下反应2NH3(g)N2(g)十3H2(g)用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=___。[己知:气体分压(p分)=气体总压(p总)x体积分数]

(4)关于合成氨工艺的理解,下列正确的是___。

A.合成氨工业常采用的反应温度为500℃左右,可用勒夏特列原理解释

B.使用初始反应速率更快的催化剂Ru,不能提高平衡时NH3的产量

C.合成氨工业采用10 MPa一30 MPa,是因常压下N2和H2的转化率不高

D.采用冷水降温的方法可将合成后混合气体中的氨液化

(5)下图为合成氨反应在不同温度和压强、使用相同催化剂条件下,初始时氮气、氢气的体积比为1:3时,平衡混合物中氨的体积分数[(NH3)]。

①若分别用vA(NH3)和vB(NH3)表示从反应开始至达平衡状态A、B时的化学反应速率,则vA(NH3)____vB(NH3)(填“>”、“<”或“=”)。

②在250℃、1.0×104kPa下,H2的转化率为______%(计算结果保留小数点后1位)。

(6)N2和H2在铁作催化剂作用下从145℃就开始反应,随着温度上升,单位时间内NH3产率增大,但温度高于900℃后,单位时间内NH3产率逐渐下降的原因________。

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