20.合成氨是人類(lèi)科學(xué)技術(shù)上的一項(xiàng)重大突破,工業(yè)上以天然氣為原料合成氨.其生產(chǎn)
工藝如下:造氣階段→轉(zhuǎn)化階段→分離凈化→合成階段
(1)造氣階段的反應(yīng)為:CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)△H=+206.1kJ/mol
①在一個(gè)密閉容器中進(jìn)行上述反應(yīng),測(cè)得CH4的物質(zhì)的量濃度隨反應(yīng)時(shí)間的變化如下圖1所示,10min時(shí),改變的外界條件可能是升高溫度等.
②如圖2所示,在初始容積相等的甲、乙兩容器中分別充入等物質(zhì)的量的CH4和H2O.在相同溫度下發(fā)生反應(yīng),并維持反應(yīng)過(guò)程中溫度不變.則達(dá)到平衡時(shí),兩容器中CH4的轉(zhuǎn)化率大小關(guān)系為:α(CH4)<α(CH4

(2)轉(zhuǎn)化階段發(fā)生的可逆反應(yīng)為:CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),在一定溫度下,反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=1.某時(shí)刻測(cè)得該溫度下的密閉容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量見(jiàn)下表:
COH2OCO2H2
0.5mol8.5mol2.0mol2.0mol
此時(shí)反應(yīng)中正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系式是a(填序號(hào)).
a.v(正)>v(逆)           b.v(正)<v(逆)         c.v(正)=v(逆)        d.無(wú)法判斷
(3)合成氨反應(yīng)為:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.4kJ/mol
根據(jù)勒夏特列原理,簡(jiǎn)述提高合成氨原料轉(zhuǎn)化率的一種方法增大壓強(qiáng)或降低溫度或分離液氨.
(4)工業(yè)合成氨的熱化學(xué)方程式為N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1.在某壓強(qiáng)恒定的密閉容器中加入2mol N2和4mol H2,達(dá)到平衡時(shí),N2的轉(zhuǎn)化率為50%,體積變?yōu)?0L.求:
①該條件下的平衡常數(shù)為400;
②若向該容器中加入a mol N2、b mol H2、c mol NH3,且a、b、c 均大于0,在相同條件下達(dá)到平衡時(shí),混合物中各組分的物質(zhì)的量與上述平衡相同.反應(yīng)放出的熱量<(填“>”“<”或“=”)92.4kJ.
③在一定溫度下,在一個(gè)容積不變的密閉容器中,發(fā)生合成氨反應(yīng),下列能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是cd
a.v(N2)=3v(NH3)                               b.混合氣體的密度不隨時(shí)間改變
c.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間改變     d.容器中的壓強(qiáng)不隨時(shí)間改變
e.c(N2)=c(NH3

分析 (1)①10min時(shí)瞬間甲烷濃度不變,平衡正向移動(dòng),正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),可能是升高溫度,或移走生成物等;
②正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng),乙為恒溫恒壓,甲為恒溫恒容,平衡時(shí)甲中壓強(qiáng)大于乙中壓強(qiáng),乙中平衡等效再在甲中平衡基礎(chǔ)上降低移動(dòng),平衡正向移動(dòng);
(2)計(jì)算此時(shí)濃度商Qc,若Qc=K,處于平衡狀態(tài),若Qc<K,反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行,若Qc>K,反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行,進(jìn)而判斷v(正)、v(逆)相對(duì)大;
(3)正反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng),增大壓強(qiáng)或降低溫度或分離液氨均使平衡正向移動(dòng),可以提高合成氨原料轉(zhuǎn)化率;
(4)①在某壓強(qiáng)恒定的密閉容器中加入2mol N2和4mol H2,達(dá)到平衡時(shí),N2的轉(zhuǎn)化率為50%,轉(zhuǎn)化的氮?dú)鉃?mol,則:
            N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)
起始量(mol):2       4         0
變化量(mol):1       3         2
平衡量(mol):1       1         2
容器體積變?yōu)?0L,再根據(jù)K=$\frac{{c}^{2}(N{H}_{3})}{c({N}_{2})×{c}^{3}({H}_{2})}$計(jì)算平衡常數(shù);
②相同條件下達(dá)到平衡時(shí),混合物中各組分的物質(zhì)的量與①中平衡相同,說(shuō)明兩平衡為完全等效平衡,①中轉(zhuǎn)化率比②中的高,①中參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量較②中的多;
③可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí),同種物質(zhì)的正逆速率相等且保持不變,各組分的濃度、含量保持不變,由此衍生的其它一些量不變,判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化,該物理量由變化到不再變化說(shuō)明到達(dá)平衡.

解答 解:(1)①10min時(shí)瞬間甲烷濃度不變,平衡正向移動(dòng),正反應(yīng)為吸熱反應(yīng),可能是升高溫度,或移走生成物等,
故答案為:升高溫度等;
②正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng),乙為恒溫恒壓,甲為恒溫恒容,平衡時(shí)甲中壓強(qiáng)大于乙中壓強(qiáng),乙中平衡等效再在甲中平衡基礎(chǔ)上降低移動(dòng),平衡正向移動(dòng),故轉(zhuǎn)化率:α(CH4)<α(CH4),
故答案為:<;
(2)反應(yīng)氣體氣體體積相等,可以用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算濃度商,則此時(shí)濃度商Qc=$\frac{2×2}{0.5×8.5}$=$\frac{2×2}{0.5×0.85}$=0.94<K=1,反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行,則v(正)>v(逆),
故選:a;
(3)正反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng),增大壓強(qiáng)或降低溫度或分離液氨均使平衡正向移動(dòng),可以提高合成氨原料轉(zhuǎn)化率,
故答案為:增大壓強(qiáng)或降低溫度或分離液氨;
(4)①在某壓強(qiáng)恒定的密閉容器中加入2mol N2和4mol H2,達(dá)到平衡時(shí),N2的轉(zhuǎn)化率為50%,轉(zhuǎn)化的氮?dú)鉃?mol,則:
           N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)
起始量(mol):2      4         0
變化量(mol):1      3         2
平衡量(mol):1      1         2
容器體積變?yōu)?0L,則平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}(N{H}_{3})}{c({N}_{2})×{c}^{3}({H}_{2})}$=$\frac{0.{2}^{2}}{0.1×0.{1}^{3}}$=400,
故答案為:400;
②.①中參加反應(yīng)的氮?dú)鉃?mol,放出熱量為92.4kJ,相同條件下達(dá)到平衡時(shí),混合物中各組分的物質(zhì)的量與①中平衡相同,說(shuō)明兩平衡為完全等效平衡,①中轉(zhuǎn)化率比②中的高,①中參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量較②中的多,故②中放出的熱量<92.4kJ,
故答案為:<;
③a.v(N2)=3v(NH3),未指明正逆速率,若為2v(N2)=v(NH3)時(shí)反應(yīng)到達(dá)平衡,故a錯(cuò)誤;
b.混合氣體總質(zhì)量不變,容器容積不變,混合氣體的密度為定值,故b錯(cuò)誤;
c.混合氣體總質(zhì)量不變,隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體物質(zhì)的量減小,平衡相對(duì)分子質(zhì)量增大,當(dāng)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間改變,說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡,故c正確;
d.隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總物質(zhì)的量減小,恒溫恒容下壓強(qiáng)減小,容器中的壓強(qiáng)不隨時(shí)間改變,說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡,故d正確;
e.平衡時(shí)N2、NH3的濃度關(guān)系與二氧化氮轉(zhuǎn)化率有關(guān),平衡時(shí)不一定相等,故e錯(cuò)誤,
故選:cd.

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、化學(xué)平衡圖象、平衡常數(shù)、平衡狀態(tài)判斷等,(3)中②注意對(duì)等效平衡規(guī)律的理解掌握,難度中等.

練習(xí)冊(cè)系列答案
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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

10.若在加入鋁粉能放出氫氣的溶液中,分別加入下列各組離子,一定大量共存的是( 。
A.NH4+、I-、CO32-、Fe3+B.Na+、Ba2+、Mg2+、HCO3-
C.NO3-、Mg2+、Cl-、Ca2+D.K+、Na+、Cl-、SO42-

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11.某僅由碳、氫、氧三種元素組成的有機(jī)化合物,經(jīng)測(cè)定其相對(duì)分子質(zhì)量為180.取有機(jī)物樣品1.8g,在純氧中完全燃燒,將產(chǎn)物先后通過(guò)濃硫酸和堿石灰,兩者分別增重1.08g和2.64g.試求該有機(jī)物的分子式.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

8.某化學(xué)課外活動(dòng)小組欲制取純堿Na2CO3溶液并討論實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的相關(guān)問(wèn)題.可供選擇的試劑有:A大理石;B鹽酸;C氫氧化鈉溶液;D澄清石灰水.
三名同學(xué)設(shè)計(jì)的制備方案的反應(yīng)流程分別如下:
甲:NaOH溶液 $\stackrel{CO_{2}}{→}$Na2CO3溶液
乙:NaOH溶液$→_{①}^{CO_{2}}$ NaHCO3溶液 $→_{②}^{加熱蒸干、灼燒}$Na2CO3固體$\stackrel{H_{2}O}{→}$Na2CO3溶液
丙:NaOH溶液 $→_{③}^{CO_{2}}$NaHCO3溶液$→_{①}^{NaOH溶液}$Na2CO3溶液
(1)請(qǐng)指出甲、乙兩方案的主要缺點(diǎn):
甲方案CO2的通入量不易控制;
乙方案過(guò)程繁瑣,操作復(fù)雜;
(2)若采用丙方案制取純Na2CO3溶液,其實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵有反應(yīng)③應(yīng)充分進(jìn)行,③步驟后將NaHCO3溶液煮沸排除過(guò)量CO2,反應(yīng)③④所用NaOH溶液的體積應(yīng)相等;
(3)假設(shè)反應(yīng)②所得的Na2CO3固體中混有未分解的NaHCO3.乙同學(xué)選擇澄清石灰水測(cè)定其中NaHCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù),乙同學(xué)能否達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模磕埽ㄌ睢澳堋被颉安荒堋保┤裟,?qǐng)說(shuō)明其計(jì)算所需的數(shù)據(jù);若不能,請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明理由固體樣品的質(zhì)量和沉淀總質(zhì)量.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

15.下列敘述與圖象對(duì)應(yīng)符合的是( 。
A.對(duì)于達(dá)到平衡狀態(tài)的N2(g)+3H2(g)?2NH3 (g)在t0時(shí)刻充入了一定量的NH3,平衡逆向移動(dòng)
B.對(duì)于反應(yīng) 2A(g)+B(g)?C(g)+D(g)△H<0,p2>p1,T1>T2
C.該圖象表示的化學(xué)方程式為:2A═B+3C
D.對(duì)于反應(yīng) 2X(g)+3Y(g)?2Z(g)△H<0,y可以表示Y的百分含量

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

5.利用已有的實(shí)驗(yàn)器材,規(guī)格和數(shù)量不限,能完成相應(yīng)實(shí)驗(yàn)的是(  )
實(shí)驗(yàn)器材(省略?shī)A持裝置)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)
A燒杯、玻璃棒、分液漏斗用溴水和CCl4除去NaBr溶液中的少量NaI
B燒杯、玻璃棒、蒸發(fā)皿硫酸銅溶液的結(jié)晶
C燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、濾紙用鹽酸除去硫酸鋇中的少量碳酸鋇
D燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、容量瓶用固體氯化鈉配制0.5mol/L的溶液
A.AB.BC.CD.D

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:解答題

12.有一澄清透明的溶液,可能大量存在有NH4+、Fe3+、H+、Mg2+、A13+、I-、CO32-等離子.現(xiàn)分別取溶液進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn):
(1)加入淀粉溶液,未見(jiàn)藍(lán)色.
(2)加入少量AgNO3溶液有黃色沉淀和氣體生成.
(3)逐滴加入1mol•L-1NaOH溶液,隨著NaOH溶液的滴人,產(chǎn)生沉淀的量如圖所示.
試確定:溶液中一定不存在的離子有NH4+、Fe3+、CO32-,其中陰離子物質(zhì)的量為0.06mol,加入少量AgNO3溶液的離子反應(yīng)方程式為8I-+2Ag++8H++2NO3-=2AgI+2NO↑+3I2+4H2O.

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科目:高中化學(xué) 來(lái)源: 題型:選擇題

9.若丙醇中的氧原子為18O,它和乙酸反應(yīng)生成的酯的相對(duì)分子質(zhì)量為(  )
A.102B.104C.120D.122

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14.設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的數(shù)值為NA,下列敘述正確的是( 。
A.0.5 mol•L-1 NaOH溶液中Na+數(shù)為0.5NA
B.標(biāo)準(zhǔn)狀況下,22.4 L四氯化碳含有的分子數(shù)為NA
C.常溫常壓下,1mol Na2O2與足量CO2反應(yīng),電子轉(zhuǎn)移數(shù)為NA
D.標(biāo)準(zhǔn)狀況下,16 g氧氣臭氧的混合氣體所含原子數(shù)一定為2NA

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