Question

1．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，是重要的化工产品．
（1）以甲烷为原料可制得合成氨气用的氢气．有关化学反应的能量变化如图1所示．则CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CO（g）和H₂（g）的热化学方程式为CH₄（g）+H₂O（g）CO（g）+3H₂（g）△H=-（a+b-3C）kJ．mol^-1．

（2）已知N₂（g）+3H₂?2NH₃（g）△H=-94.4kJ•mol^-1，恒容时，体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图2所示．

①25min时采取的措施是将NH₃从反应体系中分离出去．
②在实际制氨气工业生产中和该措施的目的相同的其它措施还有高压、原料气循环利用等．
（3）①CO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
②在一恒温恒容的密闭容器中，按照1：1充入一定物质的量的CO和NH₃气体与足量的乙酸二氨合铜（I）溶液反应，容器中氨气的物质的量浓度随时间的变化如图3所示．若在35s时再充入原物质的量的CO和NH₃气体后，请在图3中画出氨气的物质的量浓度随时间变化图．
（4）①用氨气制取尿素[CO（NH₂）]的反应为2NH₃（g）+CO₂（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2molCO₂，该反应进行到40s时，达到平衡，此时CO₂的转化率为50%．则该反应的平衡常数K=2500．
②在实际工业生产中，原料气带有水蒸气，图4表示CO₂的转化率与氨碳比$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$、水碳比$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{O}_{2}）}$的变化关系．
a、曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的水碳比（n（H₂O）/n（CO₂））最大的是Ⅲ．
b、测得B点氨的转化率为40%，则x₁=3．

Answer 1

分析 （1）依据图象分析反应过程都是能量降低的过程，说明反应是放热反应；写出对应热化学方程式，依据盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（2）①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；
②依据实际生产需要和平衡移动方向分析判断需要的条件；
（3）①依据平衡移动方向分析判断需要的条件；
②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；
（4）①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；
②a依据反应转化率的大小分析，结合图象分析判断；
b根据氨气和二氧化碳的转化率之比求出x₁．

解答 解：（1）图象分析反应过程都是能量降低的过程，反应的热化学方程式为：
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=+bKJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-cKJ/mol
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-bKJ/mol
由盖斯定律③-②×3-①得到：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g）△H=-（a+b-3C） kJ．mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g）△H=-（a+b-3C） kJ．mol^-1；
（2）①25min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；
②在实际制氨气工业生产中和该措施的目的相同的其它措施还有高压、原料气循环利用等方法，故答案为：高压、原料气循环利用等；
（3）①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；
②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：；
（4）①某温度下，向容积为100L的密闭容器中通入4molNH₃和2molCO₂，该反应进行到40s时达到平衡，此时CO₂的转化率为50%，转化的二氧化碳为1mol，则：
           2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）
起始量（mol）：4        2                       0
变化量（mol）：2        1                       1
平衡量（mol）：2        1                       1
则平衡常数K=$\frac{c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）×c（C{O}_{2}）}$=$\frac{\frac{1}{100}}{（\frac{2}{100}）^{2}×\frac{1}{100}}$=2500L²•mol^-2，
故答案为：2500；
②a、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；
b、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：$\frac{2a}{{x}_{1}}$=40%，$\frac{a}{1}$=60%，则x₁=3，
故答案为：3．

点评 本题考查了热化学方程式、化学反应速率计算、影响化学平衡的因素，熟悉方法和盖斯电极计算应用，图象分析，化学平衡计算，平衡常数概念的分析应用是解题关键，侧重分析与应用能力的综合考查，题目难度中等．