Question

2．氨在国防、工农业生产领域发挥着重要作用．
（1）工业以甲烷为原料生产氨气的过程如下：甲烷$\stackrel{Ⅰ}{→}$氢气 $\stackrel{Ⅱ}{→}$氨气
 ①过程Ⅰ中，有关化学反应的能量变化如图所示

反应①为吸热反应（填“吸热”或“放热”），CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CO（g）和H₂（g）的热化学方程式是CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+118.1kJ/mol．
（2）CO可降低过程Ⅱ所用催化剂的催化效率，常用乙酸二氨合铜（Ⅰ）溶液吸收，其反应原理为：[Cu（NH₃）₂CH₃COO]（aq）+CO（g）+NH₃（g）[Cu（NH₃）₂]CH₂COO•CO（1），
①N元素在周期表中的位置为第二周期第ⅤA族，NH₃的电子式为．
②所得溶液经处理的又可再生，恢复其吸收CO能力，再生的适宜条件是b（选填字母）．
a．高温、高压      b．高温、低压      c．低温、低压      d．低温、高压
（3）合成NH₃的反应为放热反应，如果该反应平衡时，只改变一个条件，再次达到新平衡时，平衡常数K值变大．关于该反应的说法正确的是AD（填字母序号）．
A．一定向正反应方向移动    B．在平衡移动时正反应速率先增大再减小
C．一定向逆反应方向移动    D．在平衡移动时逆反应速率先减小再增大
（4）400℃，28MPa时，将1molN₂和3mol H₂混合充入体积可变的密闭容器中，加入催化剂，10分钟后反应达到平衡平衡时N₂转化率为60%．
①下列图象能正确表示该过程中相关量的变化的是a（填字母序号）．

②平衡常数K_p=0.021（MPa）^-2（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）．
（5）恒温恒容时，若原料气投料比n（H₂）：n（N₂）=1：1，平衡时、H₂的体积分数为30%．容器内的压强与起始压强之比为5：6．

Answer 1

分析 （1）由图可知反应①生成物的总能量比反应物的总能量高，故为吸热反应；根据盖斯定律来计算反应的焓变并书写热化学方程式；
（2）①N元素二周期第ⅤA族，氨气中氮原子与氢原子形成三对共用电子对；
②根据温度和压强对化学平衡移动的影响知识来回答；
（3）改变一个条件，再次达到新平衡时，平衡常数K值变大，说明改变反应温度使正向移动，NH₃的反应为放热反应，故应为降温；
（4）①400℃，28MPa时，将1molN₂和3mol H₂混合充入体积可变的密闭容器中，反应放热，随反应的进行，放出的热量增大，混合气体质量不变，容器体积减小，混合气体密度增大，反应正向进行，混合气体质量不变，总物质的量减少，混合气体的平均相对分子质量增大，氢气的体积分数减小，也不会从0开始，据此分析；
②400℃，28MPa时，将1molN₂和3mol H₂混合充入体积可变的密闭容器中，加入催化剂，10分钟后反应达到平衡平衡时N₂转化率为60%，列三段式计算平衡时各物质的物质的量和压强，代入K计算；
（5）设反应起始各去1mol，反应氮气x，列三段式，根据氢气的体积分数计算x的值，再由气体的压强之比等于气体的物质的量之比计算．

解答 解：（1）由图可知反应①生成物的总能量比反应物的总能量高，故为吸热反应；由图示可得：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+76.9kJ/mol；CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol．由盖斯定律得CH4（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+118.1kJ/mol；
故答案为：吸热；CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g）△H=+118.1kJ/mol；
（2）①N元素二周期第ⅤA族，氨气的电子式为：；
故答案为：第二周期第ⅤA族；；
②欲使溶液再生，即使平衡向左移动，所以应高温、低压；
故答案为：b；
（3）改变一个条件，再次达到新平衡时，平衡常数K值变大，说明改变反应温度使正向移动，NH₃的反应为放热反应，故应为降温，则逆反应速率先减小再增大；
故答案为：AD；
（4）①400℃，28MPa时，将1molN₂和3mol H₂混合充入体积可变的密闭容器中，反应放热，随反应的进行，放出的热量增大，a正确；混合气体质量不变，容器体积减小，混合气体密度增大，b错误；反应正向进行，混合气体质量不变，总物质的量减少，混合气体的平均相对分子质量增大，c错误；氢气的体积分数减小，也不会从0开始，d错误；
故答案为：a；
②400℃，28MPa时，将1molN₂和3mol H₂混合充入体积可变的密闭容器中，加入催化剂，10分钟后反应达到平衡平衡时N₂转化率为60%，列三段式；
   N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
n始：1         3                0
n转：0.6      1.8             1.2
n平：0.4      1.2             1，2
则P（N₂）=$\frac{0.4}{2.8}$×28MPa=4MPa，P（H₂）=$\frac{1.2}{2.8}$×28MPa=12MPa=P（NH₃），化学平衡常数K_p=$\frac{{P}^{2}（N{H}_{3}）}{{P}^{\;}（{N}_{2}）•{P}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{1{2}^{2}}{4×1{2}^{3}}$≈0.021（MPa）^-2；
故答案为：0.021（MPa）^-2；
（5）设反应起始各1mol，反应氮气x，列三段式，
        N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
n始：1            1                0
n转：x            3x             2x
n平：1-x        1-3x           2x
H₂的体积分数为30%，则$\frac{1-3x}{1-x+1-3x+2x}$=0.3，解得x=$\frac{1}{6}$，气体的压强之比等于气体的物质的量之比，则容器内的压强与起始压强之比为（1-$\frac{1}{6}$+1-3×$\frac{1}{6}$+2×$\frac{1}{6}$）：2=5：6；
故答案为：5：6．

点评 本题考查了盖斯定律、分子电子式、影响化学平衡的因素及化学平衡的有关技术，读懂信息，灵活运用所学知识是关键，题目难度较大．