Question

4．經(jīng)過(guò)德國(guó)化學(xué)家哈伯、波施等的不懈努力，成功地開(kāi)發(fā)了合成氨的生產(chǎn)工藝．如今世界各國(guó)科學(xué)家為提高氨的產(chǎn)量，降低能耗做著各種有益的探索．試回答下列問(wèn)題：
（1）在一定條件下，分別將1molN₂和3molH₂置于恒壓容器Ⅰ和恒容容器Ⅱ中（兩容器起始容積相同）充分反應(yīng)，二者均達(dá)到平衡狀態(tài)，則兩容器中NH₃的體積分?jǐn)?shù)是Ⅰ＞Ⅱ（填“＜”“＞”“=”）
（2）若該反應(yīng)在10L的密閉容器中進(jìn)行．起始時(shí)分別充入1molN₂和1mol H₂，在不同條件下進(jìn)行，反
應(yīng)體系中總壓強(qiáng)隨時(shí)間變化如圖1所示．則：
生成NH₃的反應(yīng)速率由大到小的順序?yàn)閎ca，與實(shí)驗(yàn)a相比，c組改變的實(shí)驗(yàn)條件是升高溫度，
實(shí)驗(yàn)b中N₂的平衡轉(zhuǎn)化率為30%．
（3）合成氨用的H₂可以用CH₄為原料制得，有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的能量變化如圖2所示，則CH₄（g）和H₂O（g）反應(yīng)產(chǎn)生水煤氣的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+H₂O（g）=3H₂（g）+CO（g）△H=+159 kJ/mol．

（4）近年來(lái)有人將電磁場(chǎng)直接加在N₂和H₂反應(yīng)的容器內(nèi)，在較低的溫度和壓強(qiáng)條件下合成NH₃，獲得了較好的產(chǎn)率，從化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)角度分析，電磁場(chǎng)對(duì)合成氨反應(yīng)的作用是電磁場(chǎng)的作用下氮氮三鍵更易斷裂，降低了反應(yīng)所需活化能，反應(yīng)易發(fā)生，與傳統(tǒng)的合成氨的方法比較，該方法的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能減排，降低了設(shè)備要求．

Answer 1

分析 （1）恒壓容器相當(dāng)于恒容容器加壓，則平衡正向移動(dòng)；
（2）根據(jù)到達(dá)平衡用時(shí)的多少可以比較出反應(yīng)速率的大�。辉俑鶕�(jù)圖象中的曲線的變化趨勢(shì)判斷出條件的改變；對(duì)于氣體來(lái)講，壓強(qiáng)之比就等于物質(zhì)的量之比，進(jìn)而求得轉(zhuǎn)化率；
（3）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（4）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是舊鍵的斷裂和新鍵的形成分析；從溫度和壓強(qiáng)的角度考慮．

解答 解：（1）已知N₂+3H₂?2NH₃，該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，相同溫度下，分別將1molN₂和3molH₂置于恒壓容器Ⅰ和恒容容器Ⅱ中（兩容器起始容積相同）充分反應(yīng)，
恒壓容器相當(dāng)于恒容容器加壓，則平衡正向移動(dòng)，所以恒壓容器Ⅰ中NH₃的體積分?jǐn)?shù)大于恒容容器Ⅱ，
故答案為：＞；
（2）根據(jù)到abc達(dá)平衡用時(shí)的多少可以比較出反應(yīng)速率的大小為：b＞c＞a；與a相比，c實(shí)驗(yàn)到達(dá)平衡時(shí)總壓強(qiáng)變大，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)，而化學(xué)反應(yīng)速率變大，考慮到該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以是升高溫度所導(dǎo)致的，根據(jù)壓強(qiáng)之比就等于物質(zhì)的量之比，實(shí)驗(yàn)b中N₂的平衡轉(zhuǎn)化率為：$\frac{786-550.2}{786}$×100%=30%，
故答案為：bca；升高溫度；30%；
（3）由圖2可知：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-846KJ/mol ①
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-482KJ/mol②
 2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=+564KJ/mol③
將[①×2-②×3-③]×$\frac{1}{2}$可得：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=[（-846．KJ/mol）×2-（-482KJ/mol ）×3-（+546KJ/mol ）]×$\frac{1}{2}$=+159 kJ/mol，所以CH₄（g）與H₂O（g）反應(yīng)生成CO（g）和H₂（g）的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+H₂O（g）=3H₂（g）+CO（g）△H=+159 kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）=3H₂（g）+CO（g）△H=+159 kJ/mol；
（4）在電磁場(chǎng)的作用下氮氮三鍵更容易斷裂，降低了反應(yīng)所需要的能量，反應(yīng)更容易進(jìn)行；傳統(tǒng)的合成氨的條件是高溫、高壓，該方法的優(yōu)點(diǎn)是低溫、低壓，這樣就節(jié)約了能源、降低了對(duì)設(shè)備的要求，
故答案為：電磁場(chǎng)的作用下氮氮三鍵更易斷裂，降低了反應(yīng)所需活化能，反應(yīng)易發(fā)生；節(jié)能減排，降低了設(shè)備要求．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡有關(guān)知識(shí)，注意把握反應(yīng)的原理，關(guān)鍵是要學(xué)生能正確理解影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的因素，試題培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題的能力和解決問(wèn)題能力，題目難度中等．