Question

（1）合成氨時用的氫氣可以甲烷為原料制得．有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的能量變化如圖1、2、3所示，則CH₄（g）與H₂O（g）反應(yīng)生成CO（g）和H₂（g）的熱化學(xué)方程式為：

 

（2）在容積不變的密閉容器中，分別充入1.0mol N₂和3.0mol H₂，任其發(fā)生反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），分別在不同時間測定NH₃的含量，然后繪制出圖4：
①A、C段的曲線是增函數(shù)，C、E段曲線是減函數(shù)，試從反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的角度說明理由：

 

②在實(shí)際生產(chǎn)上，合成氨反應(yīng)一般選擇在500℃左右的溫度下進(jìn)行，試從化學(xué)平衡移動原理和綜合因素等角度分析“選擇在500℃左右下進(jìn)行”的原因：

 

（3）尿素（H₂NCONH₂）是一種非常重要的高氮化肥，工業(yè)上常用氨和CO₂合成尿素，反應(yīng)如下：
2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H=-103.7kJ?mol^-1
合成尿素的反應(yīng)在進(jìn)行時分為如下兩步：
第一步：2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂NCOONH₄（氨基甲酸銨） （l）△H₁
第二步：H₂NCOONH₄（l）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H₂
某實(shí)驗(yàn)小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在一體積為0.5L密閉容器中投入4mol氨和1mol二氧化碳，實(shí)驗(yàn)測得反應(yīng)中各組分隨時間的變化如圖5所示：

①已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則合成尿素總反應(yīng)的快慢由第

 

步反應(yīng)決定，總反應(yīng)進(jìn)行到

 

min時到達(dá)平衡．
②反應(yīng)進(jìn)行到10min時測得CO₂的物質(zhì)的量如圖5所示，則用CO₂表示的第一步反應(yīng)的速率v（CO₂）=

 

．
③第二步反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度的變化如圖6所示，則△H2

0（填“＞”“＜”或“=”）

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡建立的過程,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）依據(jù)圖象分析寫出熱化學(xué)方程式，依據(jù)蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）①分析圖象變化趨勢，結(jié)合合成氨的反應(yīng)特征，化學(xué)反應(yīng)速率和平衡移動原理分析回答；
②結(jié)合合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，依據(jù)平衡移動原理，溫度越低越易生成氨氣，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際和經(jīng)濟(jì)效益，選擇合適的溫度，催化劑活性最大是反應(yīng)進(jìn)行的較完全；
（3）①已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，結(jié)合圖象變化趨勢，圖象表達(dá)反應(yīng)的判斷，反應(yīng)快慢可以依據(jù)第一步和第二步反應(yīng)的曲線斜率比較大��；當(dāng)氨基甲酸銨，尿素物質(zhì)的量不再變化時，反應(yīng)達(dá)到平衡；
②分析圖象計(jì)算10分鐘時二氧化碳的消耗物質(zhì)的量，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)速率概念計(jì)算得到；
③依據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)意義和計(jì)算分析判斷平衡移動方向．

解答： 解：（1）圖1熱化學(xué)方程式為：CO（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H=-282kJ/mol①
圖2熱化學(xué)方程式為：H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol②
圖3熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-846.3kJ/mol③
依據(jù)蓋斯定律：③-①-②×3得到：CH₄（g）與H₂O（g）反應(yīng)生成CO（g）和H₂（g）的熱化學(xué)方程式為：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+161.1kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+161.1kJ/mol；
（2）①A、C段的曲線是增函數(shù)，C、E段曲線是減函數(shù)，分析反應(yīng)可知，AC段開始反應(yīng)物濃度大反應(yīng)速率快，氨氣的含量增大，達(dá)到平衡后達(dá)到最大，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨溫度升高，平衡逆向進(jìn)行氨氣含量減小，故CE段是減函數(shù)，
故答案為：AC段開始反應(yīng)物濃度大反應(yīng)速率快，氨氣的含量增大，達(dá)到平衡后達(dá)到最大，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨溫度升高，平衡逆向進(jìn)行氨氣含量減小，故CE段是減函數(shù)；
②在實(shí)際生產(chǎn)上，合成氨反應(yīng)一般選擇在500℃左右的溫度下進(jìn)行，因?yàn)榇藴囟认麓呋瘎┗钚宰畲�，具有一定的反�?yīng)速率，達(dá)到生產(chǎn)效益，合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，依據(jù)平衡移動原理，溫度越低越有利于平衡正向進(jìn)行，但溫度過低，反應(yīng)速率很小單位時間內(nèi)氨氣的產(chǎn)量低，工業(yè)生產(chǎn)中不經(jīng)濟(jì)，溫度500℃，具有一定反應(yīng)速率，且此時催化劑的活性最大，
故答案為：合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，依據(jù)平衡移動原理，溫度越低越有利于平衡正向進(jìn)行，但溫度過低，反應(yīng)速率很小單位時間內(nèi)氨氣的產(chǎn)量低，工業(yè)生產(chǎn)中不經(jīng)濟(jì)，溫度500℃，具有一定反應(yīng)速率，且此時催化劑的活性最大；
（3）①由圖象可知在15分鐘左右，氨氣和二氧化碳反應(yīng)生成氨基甲酸銨后不再變化發(fā)生的是第一步反應(yīng)，氨基甲酸銨先增大再減小最后達(dá)到平衡，發(fā)生的是第二步反應(yīng)，從曲線斜率不難看出第二步反應(yīng)速率慢，所以已知總反應(yīng)的快慢由慢的一步?jīng)Q定，則合成尿素總反應(yīng)的快慢由第二步?jīng)Q定，由圖象變化可知當(dāng)進(jìn)行到55分鐘時，反應(yīng)達(dá)到平衡，
故答案為：2；55；
②依據(jù)圖象分析，二氧化碳再進(jìn)行到 10min時物質(zhì)的量為0.26mol，所以此時的反應(yīng)速率=

1mol-0.26mol 0.5L

10min

=0.146mol/L?min，
故答案為：0.146mol/L?min；
③第二步反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度的升高增大，說明反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，△H₂＞0，
故答案為：＞．

點(diǎn)評：本題考查了化學(xué)平衡、化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素判斷，圖象分析反應(yīng)的進(jìn)行程度，熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)，分析題干是解題關(guān)鍵，題目難度中等．