题目内容

11．（1）氨气是生产化肥、硝酸等的重要原料，围绕合成氨人们进行了一系列的研究．
氢气既能与氮气又能与氧气发生反应，但是反应的条件却不相同．
已知：2H2（g）+O2（g）=2H2O （g）△H=-483.6kJ/mol
3H2 （g）+N2（g）?2NH3（g）△H=-92.4kJ/mol

计算断裂1mol N≡N键需要能量946kJ，氮气分子中化学键比氧气分子中的化学键强（填“强”或“弱”），因此氢气与二者反应的条件不同．
（2）固氮是科学家致力研究的重要课题．自然界中存在天然的大气固氮过程：
N2（g）+O2（g）=2NO （g）△H=+180.8kJ/mol，工业合成氨则是人工固氮．分析两种固氮反应的平衡常数，下列结论正确的是BC．
反应大气固氮工业固氮
温度/℃27200025350400450
K3.84×10-310.15×1081.8470.5070.152
A．常温下，大气固氮几乎不可能进行，而工业固氮非常容易进行
B．人类大规模模拟大气固氮是无意义的
C．工业固氮温度越低，氮气与氢气反应越完全
D．K越大说明合成氨反应的速率越大
（3）在100℃时，将0.40mol的二氧化氮气体充入2L抽空的密闭容器中，发生反应：2NO2?N2O4．每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析，得到如表数据：
时间/s020406080
n（NO2）/mol0.40n10.26n3n4
n（N2O4）/mol0.000.05n20.080.08
①在上述条件下，从反应开始直至20s时，二氧化氮的平均反应速率为0.0025mol/（L•s）．
②上述反应达到平衡后四氧化二氮的体积分数为25%，
③达到平衡后，恒温下如向该密闭容器中再充入0.32molHe气，并把容器体积扩大为4L，此时有关反应的V（正）、V（逆）速率的说法正确的是BC
A．都增大    B．都减小   C．V（正）＜V（逆）

分析 （1）反应物总键能-生成物总键能=反应热，据此计算；键能越大，化学键越强；
（2）A、化学平衡常数说明反应进行的彻底程度问题，与反应进行的难易程度无关；
B、大气固氮的进行程度很小，利用大气固氮原理进行工业生成，产率很小；
C、合成氨是放热反应，温度越低，有利于平衡向正反应移动，反应的转化率越高；
D、化学平衡常数说明反应进行的彻底程度问题，与反应速率无关；
（3）①根据表中数据计算四氧化二氮的反应速率，根据速率之比等于化学计量数之比计算二氧化氮的反应速率；
②反应达到60s时达到化学平衡状态，N2O4的物质的量不再变化，计算出平衡时各物质的物质的量，根据四氧化二氮的体积分数=$\frac{n（N{\;}_{2}O{\;}_{4}）}{n（总）}$×100%进行计算；
③恒温下如向该密闭容器中再充入0.32molHe气，并把容器体积扩大为4L，则二氧化氮和四氧化二氮的浓度都减小，相当于减小压强，所以V（正）、V（逆）速率都减小，平衡向逆反应方向移动．

解答 解：（1）N≡N键能为x，则3×436kJ/mol+x-2×1173.2kJ/mol=-92.4kJ/mol，解得x=946kJ/mol，故断裂1mol N≡N键需要能量是946kJ，O=O键能是498kJ/mol，故氮气分子中化学键比氧气分子中的化学键强，
故答案为：946；强；
（2）A、化学平衡常数说明反应进行的彻底程度问题，与反应进行的难易程度无关，故A错误；
B、大气固氮的进行程度很小，利用大气固氮原理进行工业生成，产率很小，没有实际意义，故B正确；
C、合成氨是放热反应，温度越低，有利于平衡向正反应移动，反应的转化率越高，反应越完全，故C正确；
D、化学平衡常数说明反应进行的彻底程度问题，与反应速率无关，故D错误；
故答案为：BC；
（3）①由表中数据可知，从反应开始直至20s时，v（N2O4）=$\frac{\frac{0.05mol}{2L}}{20s}$=0.00125mol•L-1•S-1，则v（NO2）=2v（N2O4）=2×0.00125mol•L-1•S-1=0.0025mol•L-1•S-1，故答案为：0.0025；
②反应达到60s时达到化学平衡状态，N2O4的物质的量不再变化，
根据反应方程式计算：2NO2 ?N2O4
初始：0.4mol     0
转化：0.16mol 0.08mol
平衡：0.24mol 0.08mol
则平衡后四氧化二氮的体积分数为=$\frac{n（N{\;}_{2}O{\;}_{4}）}{n（总）}$×100%=$\frac{0.08}{0.24+0.08}$×100%=25%，
故答案为：25%；
③恒温下如向该密闭容器中再充入0.32molHe气，并把容器体积扩大为4L，则二氧化氮和四氧化二氮的浓度都减小，相当于减小压强，所以V（正）、V（逆）速率都减小，平衡向逆反应方向移动，V（正）＜V（逆），故选：BC．

点评 本题考查反应热的有关计算、平衡常数意义、化学平衡移动以及相关计算，题目较为综合，涉及多方面的知识，难度较大，试题侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练，旨在考查学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力．

练习册系列答案
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①CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H1=-99kJ•mol-1
②2CH3OH（g）?CH3OCH3（g）+H2O（g）△H2=-23.5kJ•mol-1
③CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H3=-41.2kJ•mol-1
（1）催化反应室中的总反应3CO（g）+3H2（g）?CH3OCH3（g）+CO2（g），计算△H=-262.7kJ•mol-1．反应原料来自煤的气化．已知该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（CO）}{c（{H}_{2}O）}$，每生成1mol H2需要吸收131.3kJ的热量．写出该反应的热化学方程式C（s）+H2O（g）=H2（g）+CO（g）△H=+131.3kJ•mol-1．
（2）在该条件下，若反应①的起始浓度分别为：c（CO）=0.6mol•L-1，c（H2）=1.4mol•L-1，8min后达到平衡，CO的转化率为50%，则8min内H2的平均反应速率为0.075mol•L-1•min-1．
（3）在t℃时，反应②的平衡常数为400，此温度下，在1L的密闭容器中加入一定的甲醇，反应到某时刻测得各组分的物质的量浓度如下：
物质CH3OHCH3OCH3H2O
c（mol•L-1）0.461.01.0
此时刻v正＞v逆（填“＞”“＜”或“=”），平衡时c（CH3OCH3）的物质的量浓度是1.2mol•L-1．
（4）在（1）小题中催化反应室的总反应3CO（g）+3H2（g）?CH3OCH3（g）+CO2（g），CO的平衡转化率a（CO）与温度、压强的关系如图1所示，图中X代表温度（填“温度”或“压强”）判断的理由是图中表明随着X增大，CO的平衡转化率减小；如果X表示压强，压强增大，平衡向正反应方向移动，CO的平衡转化率增大，不符合条件；如果X表示温度，温度升高，平衡向逆反应方向移动，CO的平衡转化率减小，符合条件

（5）在催化剂的作用下同时进行三个反应，发现随着起始投料比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$的改变，二甲醚和甲醇的产率（产物中的碳原子占起始CO中碳原子的百分率）呈现如图2的变化趋势．试解释二甲醚产率和甲醇产率变化的原因：当投料比小于1时，随着c（H2）增大，反应①的平衡正向移动，CO转化率增大，因此二甲醚和甲醇的产率增大；当投料比大于1时，随着c（H2）增大，反应③被抑制，c（H2O）增大，最终抑制反应②，因此甲醇的产率继续增大而二甲醚的产率减小．

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