Question

15．氨是生產(chǎn)硝酸、尿素等物質(zhì)的重要原料，工業(yè)合成氨是最重要的化工生產(chǎn)之一．

（1）氨催化氧化法是工業(yè)制硝酸的主要方法．已知已知：2NO（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）+O₂（g）△H₁=-272.9kJ•mol^-1，2H²（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₂=-483.6kJ•mol^-1，則4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H₃=-905.0KJ•mol^-1．
（2）恒容密閉容器中進(jìn)行合成氨反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₄=-92.4kJ•mol^-1，其化學(xué)平衡常數(shù)（K）與溫度的關(guān)系如表：

溫度/K	298	398	498	…
平衡常數(shù)（K）	4.1×105	K1	K2	…

K₁＞ K₂（填“＞”或“＜”），其判斷理由是該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減�。�
（3）向氨合成塔中充入10molN₂和40mol H₂進(jìn)行氨的合成，一定溫度（T）下平衡混合物中氨氣的體積分?jǐn)?shù)與壓強(qiáng)（p）的關(guān)系如圖1所示．下列說法正確的是 （填字母）．AB
A．由圖可知增大體系壓強(qiáng)（p），有利于增大氨氣在混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)
B．若圖中T=500℃，則溫度為450℃時(shí)對(duì)應(yīng)的曲線是b
C．工業(yè)上采用500℃溫度可有效提高氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率
D．當(dāng)3v_正（H₂）=2v_逆（NH₃）時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
當(dāng)溫度為T、氨氣的體積分?jǐn)?shù)為25%時(shí)，N₂的轉(zhuǎn)化率為50%．
（4）工業(yè)上用NH₃生產(chǎn)硝酸時(shí)，將NH₃和O₂按體積比1：2混合通入某特定條件的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，所有物質(zhì)不與外界交換，最后所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為77.8%．
（5）氨碳比[n（NH₃）/n（CaO₂）]對(duì)合成尿素的反應(yīng)：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（g）+H₂O（g）有影響．T℃時(shí)，在一定體積為2L的恒容密閉容器中，將物質(zhì)的量之和比為3mol的NH₃和CO₂以不容的氨碳比進(jìn)行反應(yīng)，結(jié)果如圖2所示，a、b分別表示CO₂或NH₃的轉(zhuǎn)化率，c表示平衡體系中尿素的體積分?jǐn)?shù)．[n（NH₃）/n（CO₂）]=2時(shí)，尿素產(chǎn)量最大；該條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=40．

Answer 1

分析 （1）已知：①2NO（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）+O₂（g）△H₁=-272.9kJ•mol^-1，②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₂=-483.6kJ•mol^-1，②×3-①×2得到4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g），根據(jù)蓋斯定律來計(jì)算即可；
（2）平衡常數(shù)隨溫度變化，與壓強(qiáng)和濃度變化無關(guān)，平衡常數(shù)變化結(jié)合反應(yīng)一定原理分析判斷；
（3）A．由圖可知，溫度一定時(shí)，壓強(qiáng)增大氨氣的體積分?jǐn)?shù)增大；
B．合成氨是放熱反應(yīng)，壓強(qiáng)一定時(shí)，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡時(shí)氨氣的體積分?jǐn)?shù)增大；
C.500℃溫度時(shí)反應(yīng)速率加快及催化劑活性最好，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率越高；
D．不同物質(zhì)表示的正逆速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡；
設(shè)參加反應(yīng)的氮?dú)鉃閚 mol，則：
                   N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始（mol）：10        40              0
轉(zhuǎn)化（mol）：n          3n            2n
平衡（mol）：10-n    40-3n           2n
根據(jù)平衡時(shí)氨氣的體積分?jǐn)?shù)方程式計(jì)算n，進(jìn)而計(jì)算氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率；
（4）由4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O、4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃，可得：NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O，根據(jù)方程計(jì)算；
（5）由圖可知，橫坐標(biāo)為n（NH₃）：n（CO₂）=2時(shí)，尿素的體積分?jǐn)?shù)最大，氨氣的轉(zhuǎn)化率為80%，以此計(jì)算該條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)K．

解答 解：（1）已知：①2NO（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）+O₂（g）△H₁=-272.9kJ•mol^-1，②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₂=-483.6kJ•mol^-1，②×3-①×2得到4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g），根據(jù)蓋斯定律△H₃=3×（-483.6kJ•mol^-1）-2×（-272.9kJ•mol^-1）=-905.0KJ•mol^-1，故答案為：-905.0KJ•mol^-1；
（2）在一定體積的密閉容器中，進(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，溫度升高，平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，K₁＞K₂；故答案為：＞；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減��；
（3）①A．由圖可知，溫度一定時(shí)，壓強(qiáng)增大氨氣的體積分?jǐn)?shù)增大，故A正確；
B．圖B中T=500℃，合成氨是放熱反應(yīng)，壓強(qiáng)一定時(shí)，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡時(shí)氨氣的體積分?jǐn)?shù)增大，則溫度為450℃時(shí)對(duì)應(yīng)的曲線是b，故B正確；
C.500℃溫度時(shí)反應(yīng)速率加快及催化劑活性最好，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率越高，高溫不利于氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化，故C錯(cuò)誤；
D．當(dāng) 2v_正（H₂）=3v_逆（NH₃），不同物質(zhì)表示的正逆速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡，3v_正（H₂）=2v_逆（NH₃）時(shí)不能說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡，故D錯(cuò)誤；
故選：AB；
②設(shè)參加反應(yīng)的氮?dú)鉃閚 mol，則：
                      N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始（mol）：10            40                 0
轉(zhuǎn)化（mol）：n             3n                    2n
平衡（mol）：10-n            40-3n               2n
則$\frac{2n}{10-n+40-3n+2n}$×100%=25%，解得n=5，所以氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率為$\frac{5}{10}$×100%=50%，
故答案為：AB；50%；
（4）由4NH₃+5O₂$\frac{\underline{催化劑}}{△}$4NO+6H₂O、4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃可得：NH₃+2O₂=HNO₃+H₂O，則按理論上的原料比將原料放在一個(gè)具有反應(yīng)條件的密閉容器中進(jìn)行，所有物質(zhì)不與外界交換，則生成1molHNO₃、molH₂O，則硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{63}{63+18}$×100%=77.8%，
故答案為：77.8%；
（5）由圖可知，橫坐標(biāo)為n（NH₃）：n（CO₂）=2時(shí)，尿素的體積分?jǐn)?shù)最大，且氨氣的轉(zhuǎn)化率為80%，
                                 2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol．L^-1 ） 1              0.5                0                          0
變化濃度（ol．L^-1 ） 0.8             0.4              0.4                         0.4
平衡濃度（mol．L^-1 ） 0.2            0.1            0.4                          0.4
該條件下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{0.4×0.4}{0.1×0．{2}^{2}}$=40，
故答案為：2；40．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)反應(yīng)能量變化圖象分析，平衡標(biāo)志、平衡常數(shù)和平衡計(jì)算的判斷計(jì)算是解題關(guān)鍵，題目難度中等．