题目内容

【题目】氮及其化合物在工农业生产和生命活动中起着重要的作用,铵盐、硝酸盐均是植物生长的“食物”,将氮气转化为氮气是植物获得“食物”的第一步,在常温常压下使N2高效地转化成为NH3是众多科学家们一直在探究的问题:

(1)已知:①4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)△H=﹣1025kJmol﹣1

②N2(g)+O2(g)2NO(g)△H=+180.5kJmol﹣1水的汽化热△H=+44kJmol﹣1据报道,科学家已找到一种催化剂,使氨气与液态水在常温条件下转化为NH3及氧气,写出反应的热化学方程式____________________________________________________________;

(2)工业时合成氨的原理为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=﹣92.4kJmol﹣1 。图1表示H2的转化率与温度、压强之间的关系,图2表示H2的转化率与起始投料比[n(N2)/n(H2)]、压强的变化关系,则T1、T2、T3的大小关系为___ , 曲线与曲线对应的压强P1___P2(填“>”“<”“=”).测得B(X,60)点时N2的转化率为40%,则X=______________________。

(3)一定温度下,将2molN2和6molH2置于一密闭容器中反应,测得平衡时容器的总压为aMPa,NH3的物质的量总数为20%,列式计算出此时的平衡常数Kp=___(用平衡分压代替平衡浓度进行计算,分压=总压×体积分数,可不化简)。

下列各项中能说明反应已达到平衡状态的是_____________________ 。

a.混合气体的平均相对分子质量不变

b.N2的消耗速率等于NH3的生成速率

c.混合气体的密度不变

d.N2和H2的物质的量之比保持不变

(4)NH3催化剂生成NO,以NO为原料通过电解的方法可以制备NH4NO3 , 其总反应是8NO+7H2═3NH4NO3+2HNO3 , 试写出以惰性材料作电极的阴极反应式:___ . 电解过程中为使电解产物全部转化为NH4NO3 , 需要补充NH3的原因是___ 。

【答案】2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g)△H=+1650kJ/mol T1>T2>T3 > 1:2 a NO+6H++5e﹣=NH4+ +3H2O 总反应中有HNO3生成,应补充NH3与HNO3反应生成NH4NO3

【解析】

(1)已知:①4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H=﹣1025kJmol﹣1

②N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180.5kJmol﹣1

水的汽化热△H=+44kJmol﹣1,则可得:③H2O(l)=H2O(g)△H=+44kJmol﹣1,

根据盖斯定律,②×2+③×6﹣①可得:2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g);

(2)正反应为放热反应,温度越高,氢气的转化率越低;

正反应为气体物质的量减小的反应,压强越大,氢气的转化率越大;

测得B(X,60)点时N2的转化率为40%,则:

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

起始量(mol): a b

变化量(mol):0.4a 1.2a

根据氢气的转化率可得100%=60%,即b=2a,可以计算起始投料比[n(N2)/n(H2)];

(3)一定温度下,将2molN2和6molH2置于一密闭容器中反应,二者按1:3反应,故平衡时二者物质的量分数之比为1:3,平衡时NH3的物质的量分数为20%,则N2的物质的量分数为×(1﹣20%)=20%,H2的物质的量分数为1﹣20%﹣20%=60%,再计算各物质的分压,代入Kp=计算;

a.混合气体总质量不变,随反应进行混合气体总物质的量减小,则平均相对分子质量减小,混合气体的平均相对分子质量不变,说明反应到达平衡;

b.平衡时NH3的生成速率等于N2的消耗速率的2倍;

c.混合气体总质量不变、容器的容积不变,密度为常数;

d.N2和H2的起始物质的量之比等于化学计量数之比,二者物质的量之比始终为1:3;

(4)NH3催化剂生成NO,以NO为原料通过电解的方法可以制备NH4NO3 ,其总反应是:8NO+7H2═3NH4NO3+2HNO3 ,阴极发生还原反应,阴极上是NO获得电子生成NH4+,由电荷守恒可知有H+参与反应,还生成水,电池总反应中有HNO3生成,应补充NH3与HNO3反应生成NH4NO3。

(1)已知:①4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H=﹣1025kJmol﹣1

②N2(g)+O2(g)2NO(g) △H=+180.5kJmol﹣1

水的汽化热△H=+44kJmol﹣1,则可得:③H2O(l)=H2O(g)△H=+44kJmol﹣1,

根据盖斯定律,②×2+③×6﹣①可得:2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g) 的△H=+1650kJ/mol,

故答案为:2N2(g)+6H2O(l)=4NH3(g)+3O2(g) △H=+1650kJ/mol;

(2)正反应为放热反应,温度越高,氢气的转化率越低,则T1>T2>T3;

正反应为气体物质的量减小的反应,压强越大,氢气的转化率越大,则:P1>P2;

测得B(X,60)点时N2的转化率为40%,则:

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

起始量(mol): a b

变化量(mol):0.4a 1.2a

根据氢气的转化率可得100%=60%,即b=2a,则X===1:2,

故答案为:T1>T2>T3 ;> ;1:2;

(3)一定温度下,将2molN2和6molH2置于一密闭容器中反应,二者按1:3反应,故平衡时二者物质的量分数之比为1:3,平衡时NH3的物质的量分数为20%,则N2的物质的量分数为×(1﹣20%)=20%,H2的物质的量分数为1﹣20%﹣20%=60%,平衡时容器总压为aMPa,则Kp==;

a.混合气体总质量不变,随反应进行混合气体总物质的量减小,则平均相对分子质量减小,混合气体的平均相对分子质量不变,说明反应到达平衡,故a正确;

b.平衡时NH3的生成速率等于N2的消耗速率的2倍,故b错误;

c.混合气体总质量不变、容器的容积不变,密度始终不变,故c错误;

d.N2和H2的起始物质的量之比等于化学计量数之比,二者物质的量之比始终为1:3,故d错误。

故答案为:;a;

(4)NH3催化剂生成NO,以NO为原料通过电解的方法可以制备NH4NO3 ,其总反应是:8NO+7H2═3NH4NO3+2HNO3 ,阴极发生还原反应,阴极上是NO获得电子生成NH4+,由电荷守恒可知有H+参与反应,还生成水,电池总反应中有HNO3生成,应补充NH3与HNO3反应生成NH4NO3。

故答案为:NO+6H++5e﹣=NH4++3H2O;总反应中有HNO3生成,应补充NH3与HNO3反应生成NH4NO3。

练习册系列答案
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物质

完全沉淀时的pH

Fe(OH)3

3.2

Fe(OH)2

9.6

Cu(OH)2

6.4

当溶液中被沉淀离子的物质的量浓度小于时,认为该离子沉淀完全。

试回答下列问题:

(1)下列物质中,最适合作为试剂X的是________(填序号)。

A. B. C. D.

(2)由粗铜通过两种途径制取胆矾,与途径Ⅱ相比,途径Ⅰ有明显的两个优点,分别是______________、____________________。

(3)试剂Y可以是______________________(任填一种物质的化学式)。

(4)若溶液C中、的浓度分别为、,则向溶液C中加入少量试剂Y的过程中应控制溶液C的pH范围约为________。

(5)氢化亚铜是一种红色固体,40~50℃时,滤液E和溶液混合反应可得氢化亚铜沉淀,同时得到硫酸和磷酸,该反应的离子方程式为___________________________________,该反应每转移1.5个电子,生成CuH的物质的量为________mol。

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(7)得到晶体,乙醇代替蒸馏水洗涤晶体的目的是______________。

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