Question

【題目】氨是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的基礎(chǔ)物質(zhì)，研究合成氨及氨的應(yīng)用具有重要意義。

（1）已知：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)ΔH=-92kJ/mol，N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的活化能為508kJ/mol。則2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能為___________kJ/mol

（2）我國科研人員研制出Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化劑（Ti-H區(qū)與Fe區(qū)溫差可超過100℃）。Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化合成氨的反應(yīng)歷程如下圖一，其中吸附在催化劑表面的物種用“*”標(biāo)注。

下列說法中正確的是___________。

A．①為的斷裂過程

B．①②③在高溫區(qū)發(fā)生，④⑤在低溫區(qū)發(fā)生

C．④為N原子由Fe區(qū)域向Ti-H區(qū)域的傳遞過程

D．使用Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化劑時合成氨反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槲鼰岱磻?yīng)

（3）以氨和CO2為原料合成尿素的反應(yīng)為2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(l)＋H2O(g)。工業(yè)生產(chǎn)時，需要原料氣帶有水蒸氣，圖二中曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示在不同水碳比[]時，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率與氨碳比[]之間的關(guān)系。

①曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ對應(yīng)的水碳比最大的是________，判斷依據(jù)是________。

②測得M點氨氣的平衡轉(zhuǎn)化率為40%，則x1＝______。

（4）將氨氧化法制硝酸過程中氨經(jīng)催化氧化后的氣體（高于800℃）急劇冷卻到100℃以下，一方面除去大量的H2O，使NO(g)和O2(g)發(fā)生反應(yīng)，另一方面溫度低有利于生成NO2(g)。

2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反應(yīng)歷程分兩步：

Ⅰ.2NO(g)N2O2(g)(反應(yīng)快，瞬間達(dá)到平衡)ΔH1＜0

v1正＝k1正c2(NO) v1逆＝k1逆c(N2O2)

Ⅱ.N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)(反應(yīng)慢)ΔH2＜0

v2正＝k2正c(N2O2)c(O2) v2逆＝k2逆c2(NO2)

其中k1、k2是速率常數(shù)，隨溫度上升而增大。

則:①一定溫度下，反應(yīng)2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)達(dá)到平衡狀態(tài)，請寫出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示的平衡常數(shù)表達(dá)式K＝_____，根據(jù)速率方程分析，升高溫度該總反應(yīng)速率減小的原因是__________。

②由實驗數(shù)據(jù)得到v2正～c(O2)的關(guān)系可用如圖表示。當(dāng)x點升高到某一溫度時，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，則可能變?yōu)橄鄳?yīng)的點為__(填字母)。

Answer 1

【答案】600 BC Ⅲ 當(dāng)氨碳比相同時，水碳比越大，即原料氣中含水蒸氣越多，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率越小 3 溫度升高，反應(yīng)I逆向移動并迅速達(dá)到平衡，導(dǎo)致N2O2濃度減小，雖然溫度升高k2正、k2逆均增大，但對反應(yīng)Ⅱ的影響弱于N2O2濃度減小的影響，導(dǎo)致反應(yīng)Ⅱ速率變小，總反應(yīng)的速率由較慢的一步?jīng)Q定，所以總反應(yīng)速率減小 a

【解析】

(1)設(shè)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的活化能為E1，2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能為E2，2NH3(g)N2(g)+3H2(g)是N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的逆反應(yīng)，則E1-E2=ΔH，所以，508kJ/mol -E2=-92kJ/mol，解得：E2=600kJ/mol，故答案為：600；

(2)A．①為催化劑吸附N2的過程，A錯誤；

B．從圖上可知：②過程為在Fe區(qū)形成過渡態(tài)的過程，為吸熱反應(yīng)，在高溫區(qū)反應(yīng)更利于形成過渡態(tài)，那么Fe區(qū)為高溫區(qū)，Ti-H區(qū)為低溫區(qū)，①②③都是在Fe區(qū)反應(yīng)的，即①②③都是在高溫區(qū)反應(yīng)的，④⑤都是在Ti-H區(qū)反應(yīng)的，即④⑤都是在低溫區(qū)反應(yīng)的，B正確；

C．由圖可知，④為N原子由Fe區(qū)域向Ti-H區(qū)域的傳遞過程，C正確；

D．一個反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)與是否使用催化劑、使用什么催化劑無關(guān)，只與反應(yīng)物的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，由合成氨的ΔH＜0可知，合成氨為放熱反應(yīng)，D錯誤；

綜上所述：BC正確，AD錯誤，故答案為：BC；

(3)①橫坐標(biāo)，即氨碳比[]一定時，水碳比[]增大，則n(H2O)增大，c(H2O)增大，平衡逆向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率應(yīng)減小，當(dāng)氨碳比相同時，水碳比越大，即原料氣中含水蒸氣越多，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率越小，則Ⅲ為水碳比最大的曲線，故答案為：Ⅲ；當(dāng)氨碳比相同時，水碳比越大，即原料氣中含水蒸氣越多，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率越��；

②設(shè)CO2的起始物質(zhì)的量為1，則NH3的起始物質(zhì)的量為x1，M點：氨氣的平衡轉(zhuǎn)化率為40%，CO2的轉(zhuǎn)化率為60%，則有：40%x1=60%×1×2，解得x1=3，故答案為：3；

(4)①平衡時，v1正＝v1逆，v2正＝v2逆，即k1正c2(NO)=k1逆c(N2O2)，k2正=c(N2O2)×c(O2)＝k2逆c2(NO2)，即，，2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的K==×=×=。溫度升高，反應(yīng)I逆向移動并迅速達(dá)到平衡，導(dǎo)致N2O2濃度減小，雖然溫度升高k2正、k2逆均增大，但對反應(yīng)Ⅱ的影響弱于N2O2濃度減小的影響，導(dǎo)致反應(yīng)Ⅱ速速率變小，總反應(yīng)的速率由較慢的一步?jīng)Q定，所以總反應(yīng)速率減小，故答案為：；溫度升高，反應(yīng)I逆向移動并迅速達(dá)到平衡，導(dǎo)致N2O2濃度減小，雖然溫度升高k2正、k2逆均增大，但對反應(yīng)Ⅱ的影響弱于N2O2濃度減小的影響，導(dǎo)致反應(yīng)Ⅱ速率變小，總反應(yīng)的速率由較慢的一步?jīng)Q定，所以總反應(yīng)速率減��；

②溫度升高平衡N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)逆向移動，c(O2)增大，橫坐標(biāo)比x點的橫坐標(biāo)大。溫度升高，反應(yīng)I逆向移動并迅速達(dá)到平衡，導(dǎo)致N2O2濃度減小，雖然溫度升高k2正、k2逆均增大，但對反應(yīng)Ⅱ的影響弱于N2O2濃度減小的影響，導(dǎo)致反應(yīng)Ⅱ速率變小，即v2正減小，縱坐標(biāo)比x點的縱坐標(biāo)小，綜上所述，a點可能，故答案為：a。