题目内容

8．氨可用于制取氨水、液氮、氮肥（尿素、碳铵等）、硝酸、铵盐、纯碱等，因此被广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维、塑料等行业中，最重要的化工产品之一．

（1）以甲烷为原料可制得合成氨气用的氢气．图1是一定温度、压强下，CH4（g）与H2O（g）反应生成CO（g）和1mol H2（g）的能量变化示意图，写出该反应的热化学方程式CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）△H=3（E2-E1）；（△H用E1、E2、E3表示）．
（2）CO可使合成氨的催化剂中毒而失去活性，因此工业上常用乙酸二氨合铜（I）溶液来吸收原料气体中的CO，反应原理：[Cu（NH3）2CH3COO]（l）+CO（g）+NH3（g）?[Cu（NH3）3]CH3COO•CO（l）△H＜0，吸收后的乙酸铜氨溶液经过适当处理后可再生而恢复其吸收CO的能力，则再生的适宜条件是B（填字母序号）．
A．高温、高压       B．高温、低压     C．低温、低压      D．低温、高压
（3）已知N2（g）+3H2?2NH3（g）△H=-94.4kJ•mol-1，CP恒容时，体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图2所示．
①在2L容器中发生反应，前20min内，ν（NH3）=0.050mol（L•min）-1，放出的热量为94.4kJ．
②25min时采取的措施是将NH3从反应体系中分离出去．
③时段III条件下反应的平衡常数为2.37．（保留3位有数字）
（4）用氨气制取尿素[CO（NH2）]的反应为：2NH3（g）+CO（g）?CO（NH2）2（l）+H2O（g）△H＜0．
某温度下，向容器为100L的密闭容器中通入4mol NH3和2molCO，该反应进行到40s时，达到平衡，此时CO2的转化率为50%．图3中的曲线表示在前25s内NH3的浓度随时间的变化而变化．若反应延续至70s，保持其他条件不变的情况下，请在图3中用实线画出使用催化剂后c（NH3）随时间的变化曲线．

分析 （1）根据图示信息，反应物的能量低于产物的能量，所以反应是吸热反应，反应热等于产物的能量和反应物的能量之差，据此回答；
（2）依据平衡移动方向分析判断需要的条件，反应是气体体积减小的放热反应，平衡逆向进行是再生的原理，再生的适宜条件是高温低压；
（3）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算出前20min内氨气的平均反应速率v（NH3）；根据达到平衡时生成氨气的物质的量及热化学方程式N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）；△H=-94.4kJ•mol-1计算出放出的热量；
②根据25min时氨气的物质的量变为0，而氮气和氢气的物质的量不变进行解答；
③根据时段Ⅲ条件下达到平衡时各组分的浓度及平衡常数表达式进行解答；
（4）使用催化剂时，改变反应速率，不改变化学平衡，依据催化剂只加快反应速率不影响平衡浓度画出图象．

解答 解：（1）根据图示信息，反应物的能量低于产物的能量，所以反应是吸热反应，反应热等于产物的能量和反应物的能量之差，即CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）△H=3（E2-E1），
故答案为：CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）△H=3（E2-E1）；
（2）吸收CO后的乙酸铜氨液经过适当处理后又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用，依据化学平衡[Cu（NH3）2CH3COO]（l）+CO（g）+NH3（g）?[Cu（NH3）3]CH3COO•CO（l）；△H＜0，反应是气体体积减小的放热反应，平衡逆向进行是再生的原理，再生的适宜条件是高温低压，
故答案为：B；
（3）①根据图象可知，20min时氨气的物质的量浓度为1.00mol/L，所以氨气的平均反应速率为：v（NH3）=$\frac{1.00mol/L}{20min}$=0.050mol（L•min）-1；达到平衡时生成的氨气的物质的量为：1.00 mol/L×2L=2.00mol，根据N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）；△H=-94.4kJ•mol-1可知生成2.00mol氨气放出的热量为94.4kJ，
故答案为：0.050mol（L•min）-1；94.4kJ；
②25min时氨气的物质的量迅速变为0而氮气、氢气的物质的量不变，之后氮气、氢气的物质的量逐渐减小，氨气的物质的量逐渐增大，说明25min时将NH3从反应体系中分离出去，
故答案为：将NH3从反应体系中分离出去；
③时段Ⅲ条件下，该反应的化学平衡常数为：K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{{c}^{3}（{H}_{2}）c（{N}_{2}）}$=$\frac{0.5{0}^{2}}{0.7{5}^{3}×0.25}$≈2.37，
故答案为：2.37；
（4）若反应延续至70s，保持其它条件不变情况下，使用催化剂时，改变反应速率，不改变化学平衡，曲线的转折点在横坐标40之前，纵坐标必需在20的线上，该反应的进程曲线为如图所示：，
故答案为；

点评 本题考查了化学反应速率计算、影响化学平衡的因素，题目难度中等，注意掌握温度等因素对化学平衡的影响，明确化学反应速率、化学平衡常数的概念及计算方法是关键，侧重分析与应用能力的综合考查．

练习册系列答案
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20．下列说法正确的是（　　）
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②2NO（g）+O2（g）?2NO2（g）△H2=b kJ•mol-1
③CO（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）?CO2（g）△H3=c kJ•mol-1
④2CO（g）+2NO（g）?N2（g）+2CO2（g）△H4
请回答下列问题：
（1）根据反应①②③，确定反应④中△H4=2c-akJ•mol-1．
（2）对于气体参与的反应，表示平衡常数Kp时用气体组分（B）的平衡压强p（B）代替该气体物质的量浓度c（B），则反应①的Kp=$\frac{{P}^{2}（NO）}{P（{N}_{2}）P（{O}_{2}）}$（用表达式表示）．
（3）下列情况能说明反应②已达平衡状态的是CD（填编号）．
A．单位时间内生成1mol NO2的同时消耗了lmol NO
B．在恒温恒容的容器中，混合气体的密度保持不变
C．在绝热恒容的容器中，反应的平衡常数不再变化
D．在恒温恒压的容器中，NO的体积分数保持不变
（4）探究反应④中NO的平衡转化率与压强、温度的关系，得到如图1所示的曲线．试分析实际化工生产中不采用高压的原因常压下NO的转化率已经较高，并且高压要增加成本．
（5）探究反应④中平衡时CO2的体积分数与反应物中$\frac{n（NO）}{n（CO）}$的比值、温度的关系，得到如图2所示的曲线．
①在X、Y、Z三点中，CO的转化率从大到小的顺序是Z＞Y＞X．
②若保持其他条件不变，请在图2中，画出温度为T2（T2＜T1）时的变化趋势曲线．
17．针对如图装置的说法中，正确是（　　）
A．溶液中pH值明显下降B．阴极的电极反应式：Fe-2e→Fe2+
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18．按如图所示装置进行实验，并回答下列问题：
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