Question

氨的合成是最重要的化工生產(chǎn)之一。

I．工業(yè)上合成氨用的H2有多種制取的方法：

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

② 用天然氣跟水蒸氣反應(yīng)：CH4(g）+ H2O(g） CO (g)+ 3H2(g)

已知有關(guān)反應(yīng)的能量變化如下圖，則方法②中反應(yīng)的ΔH =__________ ___。

Ⅱ．在3個1L的密閉容器中，同溫度下、使用相同催化劑分別進行反應(yīng)：

3H2(g）+ N2(g）2NH3(g)，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，反應(yīng)達到平衡時有關(guān)數(shù)據(jù)為：

容 器	甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量	3 mol H2、2 mol N2	6 mol H2、4mol N2	2 mol NH3
達到平衡的時間（min）	t	5	8
平衡時N2的濃度（mol·L-1）	c1	3
N2的體積分?jǐn)?shù)	ω1	ω2	ω3
混合氣體密度（g·L-1）	ρ1	ρ2

 

(1）下列能說明該反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是

a．容器內(nèi)N2、H2、NH3的濃度之比為1︰3︰2

b．v（N2）正＝3v（H2）逆

c．容器內(nèi)壓強保持不變

d．混合氣體的密度保持不變

(2）甲容器中達到平衡所需要的時間t 5min (填>、< 或=)

(3）乙中從反應(yīng)開始到平衡時N2的平均反應(yīng)速率 （注明單位）。

(4）分析上表數(shù)據(jù)，下列關(guān)系正確的是________．

a．2c1 =3mol/L b．ω1 = ω2 c．2ρ1 = ρ2

(5）該溫度下，容器乙中，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=____ __（用分?jǐn)?shù)表示）（mol/L）－2。

 

Answer 1

（16分）I．ΔH =（a+3b-c）( 3分）

Ⅱ．(1）c（3分）；

(2）t > 5 （2分）；

(3）0．2 mol·L-1·min-1（2分，數(shù)據(jù)1分，單位1分）

(4）c（3分）；

(5）K= 4/81（3分）

【解析】

試題分析：I．由圖知CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g）△H=-akJ/mol ； ①

H2(g)+1/2O2(g)= H2O(g） △H=-bkJ/mol； ②

CH4(g)+2O2(g)= 2H2O(g)+ CO2(g） △H=-ckJ/mol ③；根據(jù)蓋斯定律得方法②中反應(yīng)的ΔH =③-①-②×3=-c-(-a)-(-b)×3=（a+3b-c）kJ/mol；

Ⅱ．(1)a、平衡時容器內(nèi)N2、H2、NH3的濃度之比不一定為1︰3︰2，錯誤；b、根據(jù)化學(xué)方程式得3v（N2）正＝v（H2）逆 ，錯誤；c、容器體積不變，一定溫度下，隨著反應(yīng)的進行，氣體的物質(zhì)的量在減少，所以容器的壓強逐漸減小，當(dāng)平衡時，壓強不再變化，正確；d、根據(jù)質(zhì)量守恒定律，該恒容容器中的氣體的密度一直不變，不能判斷平衡狀態(tài)的到達，錯誤，答案選c。

（2）甲與乙比，反應(yīng)物的濃度小，所以反應(yīng)速率慢，達平衡的時間長，則t>5min；

（3）氮氣的初始濃度是4mol/L，平衡濃度是3mol/L，所以氮氣的濃度減少1mol/L，則乙中氮氣的平均反應(yīng)速率為1mol/L/5min=0．2mol·L-1·min-1

(4)乙與甲比，乙的反應(yīng)物濃度是甲的2倍，相當(dāng)于在甲的平衡的基礎(chǔ)上又充入3 mol H2、2 mol N2，若平衡不移動，則2c1 =3mol/L，ω1 = ω2，而實際在恒溫恒容時增大反應(yīng)物的濃度平衡正向移動，所以3>2c1，ω2 >ω1 ，ab錯誤；對于恒容條件下的可逆反應(yīng)，體系中各物質(zhì)均是氣體，乙中的氣體質(zhì)量是甲中氣體質(zhì)量的2倍，所以乙的密度也是甲的2倍，c正確，答案選c。

(5)根據(jù)（3）的計算，消耗氮氣1mol/L，消耗氫氣3mol/L，則生成氨氣2mol/L．該溫度下，容器乙中各物質(zhì)的平衡濃度分別為c（N2）=3mol/L，c（H2）=3mol/L，c（NH3）=2mol/L，所以

K= c（NH3）2/ c（N2）·c（H2）3=4/81（mol/L）－2

考點：考查蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)反應(yīng)速率的計算，化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，不同平衡狀態(tài)的比較，化學(xué)平衡常數(shù)的計算