氨的合成是最重要的化工生产之一. Ⅰ．工业上合成氨用的H2有多种制取的方法: ① 用焦炭跟水反应:C CO, ② 用天然气跟水蒸气反应:CH4 CO 已知有关反应的能量变化如下图.且方法②的反应只能在高温下发生. 则方法②中反应的ΔH = kJ/moL. Ⅱ．在3个1L的密闭容器中.同温度下.使用相同催化剂分别进行反应: 3H2 2NH3(g).� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

氨的合成是最重要的化工生产之一。

Ⅰ．工业上合成氨用的H2有多种制取的方法：

① 用焦炭跟水反应：C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g)；

② 用天然气跟水蒸气反应：CH4(g) + H2O(g) CO(g)+ 3H2(g)

已知有关反应的能量变化如下图，且方法②的反应只能在高温下发生，

则方法②中反应的ΔH =___________ kJ/moL。

Ⅱ．在3个1L的密闭容器中，同温度下、使用相同催化剂分别进行反应：

3H2(g) + N2(g) 2NH3(g)，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，反应达到平衡时有关数据为：

容器	甲	乙	丙
反应物投入量	3 mol H2、2 mol N2	6 mol H2、4mol N2	2 mol NH3
达到平衡的时间（min）	t	5	8
平衡时N2的浓度（mol·L-1）	c1	3
N2的体积分数	ω1	ω2	ω3
混合气体密度（g·L-1）	ρ1	ρ2

(1) 下列能说明该反应已达到平衡状态的是

a．容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1︰3︰2 b．v(N2)正＝3v(H2)逆

c．容器内压强保持不变 d．混合气体的密度保持不变

(2) 甲容器中达到平衡所需要的时间t 5min (填>、< 或=)

(3) 乙中从反应开始到平衡时N2的平均反应速率 (注明单位)。

(4) 分析上表数据，下列关系正确的是________.

a．2c1 = 3mol/L b．ω1 = ω2 c． 2ρ1 = ρ2

(5) 该温度下，容器乙中，该反应的平衡常数K=__________（用分数表示）(mol/L)－2。
(6) 常温下NH4＋(aq) + H2O(l) NH3•H2O(aq) + H＋(aq)的化学平衡常数为5.55×10—10 mol·L—1，则NH3•H2O的电离平衡常数K= (保留三位有效数字)。已知草酸的电离常数为：Ka1=5.9×10—2 Ka2=6.4×10—5，则草酸氢铵的水溶液中离子浓度由大到小的顺序是：________________________________________。
Ⅲ．(1)有人设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图1所示。
电池正极的电极反应式是，A是。

(2)用氨合成尿素的反应为2NH3(g) + CO2(g) CO(NH2)2(s)+ H2O(g)。工业生产时，原料气带有水蒸气。图2表示CO2的转化率与氨碳比、水碳比的变化关系。
①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的水碳比最大的是。
②测得B点氨的转化率为40%，则x1 。

【知识点】反应热和焓变、反应速率、化学平衡常数的含义、化学平衡状态的判断

【答案解析】 Ⅰ．ΔH =+(a+3b—c) (2分)

Ⅱ．(1) c (1分) (2) t > 5 (1分) (3) 0.2 mol·L—1·min—1(1分，无单位0分)

(4) c (1分) (5) K= 4/81(2分) (6) 1.80×10—5mol·L-1(1分，无单位0分)

C(NH4+)＞C(HC2O4—)＞C(H+)＞C(C2O42—)＞C(OH—) (2分)

Ⅲ．(1) N2 + 6e— + 8H+ ＝ 2NH4+ (1分)；NH4Cl (1分) (2) Ⅲ(1分)；3 (1分)

解析：：Ⅰ．图1、图2、图3写出热化学方程式分别为：
①CO（g）+1/2 O2（g）═CO2（g）△H=-akJ•mol-1
②H2（g）+1/2 O2（g）═H2O（g）△H=-bkJ•mol-1
③CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（g）△H=-ckJ•mol-1，
由③-（①+②×3）得：CH4（g）+H2O（g）═CO（g）+3H2（g）△H=+（a+3b-c）kJ•mol-1，

Ⅱ．（1）a．容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1：3：2，不能说明达到判断状态，取决于起始配料比和转化程度，故a错误；
b．当3v（N2）正=v（H2）逆时，才说明达到平衡状态，故b错误；
c．容器内压强保持不变，可说明达到平衡状态，故c正确；
d．恒容时体积不变，质量不变，则混合气体的密度保持不变，不能达到平衡状态，故d错误．
故答案为：c；
（2）若为恒压容器，甲乙容器中达到平衡所用时间相同，为5min，但是容器恒容，甲容器比乙容器中反应物的浓度小，反应速率比乙中小，故达到平衡所需要的时间更长，即t＞5min，故答案为：＞；
（3）容器乙中，反应前氮气的浓度为：4mol÷1L=4mol/L，氮气的平均反应速率为：v（N2）=(4-3)mol/L÷5min=0.2mol•L-1•min-1，

（4）恒温、恒容条件下：
a．假设乙容器的容积为2L，则达到平衡时甲乙为等效平衡，各组分的含量、浓度相等，此时氮气的浓度为c1，然后将容器的容积缩小到2L，若平衡不移动，2c1=3mol/L，由于压强增大，平衡向着正向移动，所以2c1＞3mol/L，故a错误；
b．乙中加入了4mol氮气、6mol氢气，而甲中为3mol H2、2mol N2，故乙对甲来说相当于加压，平衡右移，氮气的体积分数减小，所以ω2＜ω1，故b错误；
c．反应前后都是气体，容器的容积都是2L，乙中混合气体的质量为甲的2倍，根据ρ=m/V

可知：2ρ1=ρ2，故c正确；

（5）乙容器中，反应前氢气浓度为：c（H2）=6mol÷1L=6mol/L，氮气的浓度为：4mol÷1L=4mol/L，达到平衡时氮气的浓度变化为：（4-3）=1mol/L，
    由三段式可知：3H2 （g）+N2（g）⇌2NH3（g）
反应前（mol/L）： 6          4            0
浓度变化（mol/L）：3           1            2
反应后：（mol/L）：3            3           2
在该温度下乙容器中反应的平衡常数K=22/(33×3)=4/81；

（6）NH4＋(aq) + H2O(l) NH3•H2O(aq) + H＋(aq)的化学平衡常数为

C(NH3•H2O)·C(H＋)/C(NH4＋)=5.55×10—10 mol·L—1，NH3•H2O的电离平衡常数

K= C(NH4＋)·C(OH-)/C(NH3•H2O)=Kw/5.55×10—10=1.80×10—5mol·L-1；由已知知铵根的水解常数为5.55×10—10、，草酸的二级电离常数Ka2=6.4×10—5，水解小于电离，溶液显酸性。所以溶液中C(NH4+)＞C(HC2O4—)＞C(H+)＞C(C2O42—)＞C(OH—)

Ⅲ．(1)电池正极发生还原反应，氮气得电子发生还原反应，N2+8H++6e-=2NH4+，A是铵根离子与氯离子结合形成氯化铵；

（2）①氨碳比相同时曲线Ⅰ二氧化碳的转化率大，所以生产中选用水碳比的数值为Ⅲ，故答案为：Ⅲ；
②由题意可知：2NH3（g）+CO2（g）⇌CO（NH2）2+H2O（g）
起始量 x1 1
变化量 2a a
即：2a/x1＝40%， a/1＝60%，则x1=3，

【思路点拨】本题考本题考查较为综合，涉及化学反应与能量、化学平衡的影响因素、化学平衡、速率的计算等，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，为高考常见题型和高频考点，注意利用三段式法计算，较为直观。