Question

6．環(huán)境問題正引起全社會(huì)的關(guān)注，用NH₃催化還原N_xO_y可以消除氮氧化物的污染，對(duì)構(gòu)建生態(tài)文明有著極為重要的意義
（1）已知N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，當(dāng)反應(yīng)器中按n（N₂）：n（H₂）=1：3投料，分別在200℃、400℃、600℃下達(dá)到平衡時(shí)，混合物中NH₃的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)的變化曲線如圖1．

①曲線a對(duì)應(yīng)的溫度是200℃．
②關(guān)于工業(yè)合成氨的反應(yīng)，下列敘述正確的是ACDE
A．及時(shí)分離出NH₃可以提高H₂的平衡轉(zhuǎn)化率
B．P點(diǎn)原料氣的平衡轉(zhuǎn)化率接近100%，是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)工藝中采用的溫度、壓強(qiáng)條件
C．圖中M、N、Q點(diǎn)平衡常數(shù)K的大小關(guān)系是K（M）=K（Q）＞K（N）
D．M點(diǎn)對(duì)應(yīng)的H₂轉(zhuǎn)化率是75%
E．如果N點(diǎn)時(shí)c（NH₃）=0.2mol•L^-1，N點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)K≈0.93
（2）用NH₃催化還原N_xO_y時(shí)包含以下反應(yīng)．
已知：反應(yīng)I：4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l）△H₁＜0
反應(yīng)II：2NO（g）+O₂（g）?2NO₂（g）△H₂＜0
反應(yīng)III：4NH₃（g）+6NO₂（g）?5N₂（g）+3O₂（g）+6H₂O（l）△H₃＞0
相同條件下，反應(yīng)I在2L密閉容器內(nèi)，選用不同的催化劑，反應(yīng)產(chǎn)生N₂的量隨時(shí)間變化如圖2所示．
①計(jì)算0～4分鐘在A催化劑作用下，反應(yīng)速率v（NO）=0.375mol•L^-1min^-1 ．
②下列說法正確的是CD．
A．該反應(yīng)的活化能大小順序是：E_a（A）＞E_a（B）＞E_a（C）
B．增大壓強(qiáng)能使反應(yīng)速率加快，是因?yàn)樵黾恿嘶罨�分子百分�(jǐn)?shù)
C．單位時(shí)間內(nèi)H-O鍵與N-H鍵斷裂的數(shù)目相等時(shí)，說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡
D．若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)K值不變時(shí)，說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡
（3）一定溫度下，反應(yīng)III在容積可變的密閉容器中達(dá)到平衡，此時(shí)容積為3L，c（N₂）與反應(yīng)時(shí)間t變化曲線X如圖3所示，若在t₁時(shí)刻改變一個(gè)條件，曲線X變?yōu)榍�線Y或曲線Z．則：
①曲線X變?yōu)閅曲線改變的條件是：加入催化劑，變?yōu)榍�線 Z改變的條件是將容器的體積快速壓縮至2L．
②若t₂降低溫度，t₃達(dá)到平衡，請(qǐng)?jiān)谏蠄D中畫出曲線X在t₂-t₄內(nèi)c（N₂）的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）①正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，氨氣的含量減��；
②A．減小生成物濃度平衡正向移動(dòng)；
B．P點(diǎn)原料氣的平衡轉(zhuǎn)化率接近100%，但此時(shí)壓強(qiáng)為100MPa，高壓對(duì)設(shè)備的要求太高，導(dǎo)致成本高，不是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)工藝中采用的溫度、壓強(qiáng)條件；
C．K只受溫度影響，溫度不變平衡常數(shù)不變，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小；
D．M點(diǎn)時(shí)氨的物質(zhì)的量的分?jǐn)?shù)為60%，根據(jù)反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）利用三段式計(jì)算；
E．計(jì)算平衡時(shí)各組分濃度，代入K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）．{c}^{3}（{H}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
（2）①已知4分鐘時(shí)氮?dú)鉃?.5mol，4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l），則消耗的NO為3mol，根據(jù)v（NO）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計(jì)算；
②A．相同時(shí)間內(nèi)生成的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量越多，則反應(yīng)速率越快，活化能越低；
B．增大壓強(qiáng)能使反應(yīng)速率加快，是因?yàn)樵黾恿藛挝惑w積內(nèi)活化分子個(gè)數(shù)；
C．單位時(shí)間內(nèi)H-O鍵與N-H鍵斷裂的數(shù)目相等時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等；
D．若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溫度升高平衡逆向移動(dòng)，K值變��；
（3）①圖象分析曲線X變化為曲線Y是縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間，最后達(dá)到相同平衡狀態(tài)，體積是可變的恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；當(dāng)曲線X變?yōu)榍�線Z時(shí)N₂物質(zhì)的量濃度增大，可變?nèi)萜髦袣怏w體積和濃度成反比；
②反應(yīng)III為吸熱反應(yīng)，若t₂降低溫度，則平衡逆向移動(dòng)，氮?dú)獾臐舛葴p�。�

解答 解：（1）①合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度越高，越不利于反應(yīng)正向進(jìn)行，曲線a的氨氣的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)最高，其反應(yīng)溫度對(duì)應(yīng)相對(duì)最低，所以a曲線對(duì)應(yīng)溫度為200°C；
故答案為：200℃；
②A．及時(shí)分離出NH₃，可以使平衡正向進(jìn)行，可以提高H₂的平衡轉(zhuǎn)化率，故A正確；
B．P點(diǎn)原料氣的平衡轉(zhuǎn)化率接近100%，但此時(shí)壓強(qiáng)為100MPa，高壓對(duì)設(shè)備的要求太高，導(dǎo)致成本高，當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)工藝中采用的500℃、20MPa～50MPa，故B錯(cuò)誤；
C．平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，與其他條件無關(guān)，溫度相同時(shí)平衡常數(shù)相同，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高平衡常數(shù)越小，則M、N、Q點(diǎn)平衡常數(shù)K的大小關(guān)系是K（M）=K（Q）＞K（N），故C正確；
D．M點(diǎn)時(shí)氨的物質(zhì)的量的分?jǐn)?shù)為60%，利用三段式，設(shè)H₂轉(zhuǎn)化率是x
根據(jù)反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始    1       3         0
轉(zhuǎn)化    x       3x        2x
平衡   1-x      3-3x      2x
$\frac{2x}{1-x+3-3x+2x}$=60%，所以x=0.75，故D正確；
E．N點(diǎn)時(shí)c（NH₃）=0.2mol•L^-1，氨氣體積分?jǐn)?shù)為20%，則：
                 N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始濃度（mol/L）：x     3x         0
變化濃度（mol/L）：0.1   0.3       0.2
平衡濃度（mol/L）：x-0.1 3x-0.3    0.2
所以$\frac{0.2}{4x-0.2}$=20%，解得x=0.3，平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）．{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0．{2}^{2}}{0.2×0．{6}^{3}}$≈0.93，故E正確，
故選：ACDE；
（2）①已知4分鐘時(shí)氮?dú)鉃?.5mol，4NH₃（g）+6NO（g）?5N₂（g）+6H₂O（l），則消耗的NO為3mol，根據(jù)v（NO）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{3mol}{2L}}{4min}$=0.375mol•L^-1min^-1 ，
故答案為：0.375mol•L^-1min^-1 ；
②A．相同時(shí)間內(nèi)生成的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量越多，則反應(yīng)速率越快，活化能越低，故活化能大小順序是：E_a（A）＜E_a（B）＜E_a（C），故A錯(cuò)誤；
B．增大壓強(qiáng)能使反應(yīng)速率加快，是因?yàn)樵黾恿藛挝惑w積內(nèi)活化分子個(gè)數(shù)，活化分子百分?jǐn)?shù)不變，故B錯(cuò)誤；
C．單位時(shí)間內(nèi)H-O鍵與N-H鍵斷裂的數(shù)目相等時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡，故C正確；
D．若在恒容絕熱的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溫度升高平衡逆向移動(dòng)，K值變小，當(dāng)K值不變時(shí)，說明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡，故D正確；
故選CD；
（3）①分析圖象可知曲線X變化為曲線Y是縮短反應(yīng)達(dá)到平衡的時(shí)間，最后達(dá)到相同平衡狀態(tài)，反應(yīng)中體積是可變的，已知是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；
當(dāng)曲線X變?yōu)榍�線Z時(shí)N₂物質(zhì)的量濃度增大，可變?nèi)萜髦袣怏w體積和濃度成反比，曲線X，體積為3L，N₂濃度為3mol/L，改變條件當(dāng)曲線X變?yōu)榍�線Z時(shí)，N₂濃度為4.5mol/L，則體積壓縮體積為：3：V=4.5：3，V=2L，所以將容器的體積快速壓縮至2L符合；
故答案為：加入催化劑；將容器的體積快速壓縮至2L；
②反應(yīng)III為吸熱反應(yīng)，若t₂降低溫度，則平衡逆向移動(dòng)，氮?dú)獾臐舛葴p小，在t₃達(dá)到平衡，曲線X在t₂-t₄內(nèi) c（N₂）的變化曲線為，故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡影響因素分析判斷、化學(xué)平衡計(jì)算、平衡狀態(tài)的判斷等，題目難度較大，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，注意：（2）D選項(xiàng)中絕熱條件下K值隨著反應(yīng)的進(jìn)行而改變，為易錯(cuò)點(diǎn)．