Question

7．氨是生产硝酸、尿素等物质的重要原料，工业合成氨是最重要的化工生产之一．
（1）氨催化氧化法是工业制硝酸的主要方法．已知：2NO（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）+O₂（g）△H₁=-272.9 kJ•mol^-1，2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₂=-483.6kJ•mol^-1，则4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H₃=-905.0 kJ/mol． 
（2）恒容密闭容器中进行合成氨反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₄=-92.4 kJ•mol^-1，其化学平衡常数（K）与温度的关系如表：

温度/K	298	398	498	…
平衡常数（K）	4.1×105	K1	K2	…

K₁＞ （填“＞”或“＜”）K₂，其判断理由是反应是放热反应，温度升高，平衡逆向进行，平衡常数减小． 
（3）向氨合成塔中充入10molN₂和40mol H₂进行氨的合成，一定温度（T）下平衡混合物中氨气的体积分数与压强（p）的关系如图1所示．下列说法正确的是AB（填字母）． 
A．由图1可知增大体系压强（p），有利于增大氨气在混合气体中的体积分数 
B．若图1中T=500℃，则温度为450℃时对应的曲线是b 
C．工业上采用500℃温度可有效提高氮气的转化率 
D．当3v_正（H₂）=2v_逆（NH₃）时，反应达到平衡状态 
当温度为T、氨气的体积分数为25%时，N₂的转化率为50%． 
（4）电化学法是合成氨的一种新方法，其原理如图2所示，通入H₂的一极为阳极（填“阴极”或“阳极”），阴极得电极反应式是N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃．

（5）氨碳比[$\frac{n（N{H}_{3}）}{C{O}_{2}}$]对合成尿素的反应：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（g）+H₂O（g）有影响，T℃时，在一体积为2L地 恒容密闭容器中，将物质的量之和为3mol的NH₃和CO₂以不同的氨碳比进行反应，结果如图3所示，a，b分别表示CO₂或NH₃的转化率，c表示平衡体系中尿素的体积分数，$\frac{n（N{H}_{3}）}{C{O}_{2}}$=2时，尿素的产量最大；该条件下反应的平衡常数K=40．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（2）平衡常数随温度变化，与压强和浓度变化无关，平衡常数变化结合反应一定原理分析判断；
（3）A．由图可知，温度一定时，压强增大氨气的体积分数增大；
B．合成氨是放热反应，压强一定时，降低温度平衡向正反应方向移动，平衡时氨气的体积分数增大；
C.500℃温度时反应速率加快及催化剂活性最好，正反应为放热反应，温度越低，氮气的转化率越高；
D．不同物质表示的正逆速率之比等于化学计量数之比，说明可逆反应到达平衡；
设参加反应的氮气为n mol，则：
           N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
开始（mol）：10    40        0
转化（mol）：n     3n        2n
平衡（mol）：10-n  40-3n     2n
根据平衡时氨气的体积分数方程式计算n，进而计算氮气的转化率；
（4）通入H₂的一极为化合价升高，发生氧化反应，该极为阳极；合成氨的阴极上氮气得到电子生成氨气；
（5）由图可知，横坐标为$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$=2时，尿素的体积分数最大，氨气的转化率为80%，以此计算该条件下反应的平衡常数K．

解答 解：（1）已知：
①2NO（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）+O₂（g）△H₁=-272.9 kJ•mol^-1
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₂=-483.6kJ•mol^-1
由盖斯定律②×3-①×2得到热化学方程式：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0 kJ/mol，
故答案为：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0 kJ/mol．
（2）在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，反应是放热反应，依据图表数据分析，温度升高，平衡逆向进行，平衡常数减小，K₁＞K₂；
故答案为：＞；反应是放热反应，温度升高，平衡逆向进行，平衡常数减小；
（3）A．由图可知，温度一定时，压强增大氨气的体积分数增大，故A正确；
B．图B中T=500℃，合成氨是放热反应，压强一定时，降低温度平衡向正反应方向移动，平衡时氨气的体积分数增大，则温度为450℃时对应的曲线是b，故B正确；
C.500℃温度时反应速率加快及催化剂活性最好，正反应为放热反应，温度越低氮气的转化率越高，高温不利于氮气的转化，故C错误；
D．当 3v_正（H₂）=2v_逆（NH₃）时，正逆速率不等，不同物质表示的正逆速率之比等于化学计量数之比，应为2v_正（H₂）=3v_逆（NH₃），反应到达平衡，故D错误；
故选：AB；
②设参加反应的氮气为n mol，则：
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
开始（mol）：10      40        0
转化（mol）：n       3n        2n
平衡（mol）：10-n    40-3n     2n
则$\frac{2n}{10-n+40-3n+2n}$×100%=25%，解得n≈5，所以氮气的转化率为$\frac{5mol}{10mol}$×100%=50%，
故答案为：50%；
（4）通入H₂的一极为化合价升高，发生氧化反应，该极为阳极；，合成氨的阴极反应为N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃，
故答案为：阳极；N₂+6H⁺+6e^-=2NH₃；
（5）由图可知，横坐标为$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$=2时，尿素的体积分数最大，且氨气的转化率为80%，
                                2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（g）+H₂O（g）
起始浓度（mol．L^-1 ）   1           0.5                  0                          0
变化浓度（ol．L^-1  ）  0.8         0.4               0.4                       0.4
平衡浓度（mol．L^-1 ）   0.2       0.1              0.4                        0.4  
该条件下反应的平衡常数K=$\frac{c（CO（N{H}_{2}）_{2}•c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）•c（C{O}_{2}）}$=$\frac{0.4×0.4}{0．{2}^{2}×0.1}$=40，
故答案为：2；40；

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学反应能量变化图象分析，平衡标志、平衡常数和平衡计算的判断计算是解题关键，题目难度中等．