Question

4．NH₃和CO₂是兩種重要的化工原料．
（1）一定溫度下，在恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：N₂+3H₂?2NH₃．該可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡的標(biāo)志是bd（填正確選項(xiàng)的編號(hào)）．
a.3v（H₂）_正=2v（NH₃）_逆
b．單位時(shí)間生成mmolN₂的同時(shí)消耗3mmolH₂
c．混合氣體的密度不再隨時(shí)間變化　　　
d．$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$不再隨時(shí)間變化
（2）CO₂和NH₃可用于合成尿素[CO（NH₂）₂]，反應(yīng)原理如下：：
①CO₂（g）+2NH₃（g）=H₂NCOONH₄（s），△H=-159.47kJ/mol
②H₂NCOONH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=+28.49kJ/mol，
若總反應(yīng)放熱261.96kJ，則反應(yīng)的CO₂是2mol．
（3）最近科學(xué)家們研制成功一種新型催化劑，將CO₂轉(zhuǎn)變?yōu)榧淄椋��?.01×l0⁵Pa、300℃條件下，CO₂與H₂以1：4體積比發(fā)生該反應(yīng)，平衡時(shí)CO₂轉(zhuǎn)化率達(dá)90%．
①此反應(yīng)的化學(xué)方程式是CO₂+4H₂$?_{新型催化劑}^{300℃}$CH₄+2H₂O；
②如圖為一定條件下，在體積為VL的反應(yīng)容器中發(fā)生①反應(yīng)時(shí)，CH₄物質(zhì)的量與反應(yīng)時(shí)間的變化關(guān)系．反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（C{H}_{4}）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{4}（{H}_{2}）}$，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)（填“放熱反應(yīng)”或“吸熱反應(yīng)”）；300℃時(shí)，從反應(yīng)開(kāi)始至恰好達(dá)到平衡，以H₂的濃度變化表示的化學(xué)反應(yīng)速率是$\frac{4{n}_{A}}{V{t}_{A}}$mol/（L•min）（用n_A、t_A、V表示）．500℃時(shí)，若將處于平衡狀態(tài)的反應(yīng)容器體積增加到2V L，化學(xué)平衡將向逆反應(yīng)（填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”）方向移動(dòng)，判斷的理由是反應(yīng)容器體積增大，壓強(qiáng)減小，化學(xué)平衡向氣體體積增大的方向進(jìn)行，逆反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，可由此進(jìn)行判斷；
（2）結(jié)合熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到熱化學(xué)方程式，依據(jù)熱化學(xué)方程式定量關(guān)系計(jì)算；
（3）①在300℃、新型催化劑的作用下，一氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲烷和水；
②根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積列平衡常數(shù)的表達(dá)式，溫度越高甲烷物質(zhì)的量越小，說(shuō)明升溫平衡逆向進(jìn)行；
升高溫度平衡甲烷的變化判斷平衡常數(shù)的變化；
 反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，化學(xué)反應(yīng)速率是υ（H₂）=4υ（CH₄）計(jì)算，
500℃時(shí)，若將處于平衡狀態(tài)的反應(yīng)容器體積增加到2V L，壓強(qiáng)減小，平衡向氣體體積增大的方向進(jìn)行，

解答 解：（1）N₂+3H₂?2NH₃．反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，
a．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比為正反應(yīng)速率，2v（H₂）_正=3v（NH₃）_逆，說(shuō)明氨氣正逆反應(yīng)速率相同，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，3v（H₂）_正=2v（NH₃）_逆 ，不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相同，故a錯(cuò)誤；
b．單位時(shí)間生成mmolN₂的同時(shí)消耗3mmolH₂ ，能說(shuō)明氫氣正逆反應(yīng)速率相同反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，體積不變，混合氣體的密度不再隨時(shí)間變化，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；　　　
d．$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$為該反應(yīng)的平衡常數(shù)的倒數(shù)，平衡常數(shù)隨溫度變化，$\frac{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$不再隨時(shí)間變化說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d正確；
故答案為：bd；
（2）CO₂和NH₃可用于合成尿素[CO（NH₂）₂]，反應(yīng)原理如下：：
①CO₂（g）+2NH₃（g）=H₂NCOONH₄（s），△H=-159.47kJ/mol
②H₂NCOONH₄（s）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=+28.49kJ/mol，
蓋斯定律計(jì)算①+②得到：CO₂（g）+2NH₃（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-130.98KJ/mol
若總反應(yīng)放熱261.96kJ，則反應(yīng)的CO₂=$\frac{261.96KJ}{130.98KJ}$×1mol=2mol，
故答案為：2；
（3）新型催化劑，將CO₂轉(zhuǎn)變?yōu)榧淄椋��?.01×l0⁵Pa、300℃條件下，CO₂與H₂以1：4體積比發(fā)生該反應(yīng)，
①在300℃、新型催化劑的作用下，一氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲烷和水，方程式為：CO₂+4H₂$?_{新型催化劑}^{300℃}$CH₄+2H₂O，
故答案為：CO₂+4H₂$?_{新型催化劑}^{300℃}$CH₄+2H₂O；
②化學(xué)平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，CO₂+4H₂$?_{新型催化劑}^{300℃}$CH₄+2H₂O；反應(yīng)物和生成物都是氣體，平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{c（C{H}_{4}）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{4}（{H}_{2}）}$，
由圖象可知升高溫度甲烷的物質(zhì)的量減少，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，K減小，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
υ（H₂）=4υ（CH₄）=$\frac{\frac{4{n}_{A}}{V}}{{t}_{A}}$=$\frac{4{n}_{A}}{V{t}_{A}}$，
CO₂+4H₂$?_{新型催化劑}^{300℃}$CH₄+2H₂O，反應(yīng)容器體積增大，壓強(qiáng)減小，化學(xué)平衡向氣體體積增大的方向進(jìn)行，逆反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{4}）{c}^{2}（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{4}（{H}_{2}）}$；放熱反應(yīng)；$\frac{4{n}_{A}}{V{t}_{A}}$mol/（L•min）；逆反應(yīng)；反應(yīng)容器體積增大，壓強(qiáng)減小，化學(xué)平衡向氣體體積增大的方向進(jìn)行，逆反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的影響因素、化學(xué)平衡的標(biāo)志、蓋斯定律的應(yīng)用及平衡常數(shù)計(jì)算等問(wèn)題，難度中等．側(cè)重考查學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力．