Question

4．氨氣是一種重要的化工原料，大量用于制造尿素、純堿、銨態(tài)氮肥以及硝酸，在有機(jī)合成工業(yè)中制合成纖維、塑料、染料等．請回答下列問題：
（1）氨氣是工業(yè)制備硝酸的重要原料，已知下列三個熱化學(xué)方程式：
①N₂ （g）+3H₂ （g）?2NH₃ （g）△H₁
②4NH₃（g）+5O₂ （g）═4NO（g）+6H₂O（l）△H₂
③N₂ （g）+O₂ （g）═2NO （g）△H
能否應(yīng)用△H₁和△H₂表示△H？若能用△H₁和△H₂表示△H，則寫出△H=無；若不能，說明理由：不能，缺少氫氣的燃燒熱．
（2）在相同的溫度下，容積相等的兩個恒容密閉容器（編號分別為a和b）中，一定量的氮氣和氫氣發(fā)生下列可逆反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
實驗測得反應(yīng)起始時各物質(zhì)的物質(zhì)的量及平衡時放出的熱量如下表：

容器編號	起始時各物質(zhì)物質(zhì)的量/mol			平衡時反應(yīng)
	N2	H2	NH3
a	1	3	0	23.1
b	2	6	0	未知（用E表示）

下列說法正確的是②③（填序號）
①反應(yīng)a和反應(yīng)b的氫氣轉(zhuǎn)化率相同
②利用已知數(shù)據(jù)可以計算反應(yīng)b的平衡常數(shù)
③利用已知數(shù)據(jù)可以計算反應(yīng)b放出的能量E
④平衡時a、b兩個反應(yīng)的氨氣體積分?jǐn)?shù)為1：1
（3）溫度為400℃、壓強為30Mpa的情況下，密閉容器中發(fā)生氫氣與氮氣的合成氨反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0．氨氣的物質(zhì)的量[n（NH₃）]和氫氣的物質(zhì)的量[n（H₂）]隨時間變化的關(guān)系如圖：
正反應(yīng)速率最大的點是a（選填a、b、c、d中的一個或幾個），氮氣的物質(zhì)的量[n（N₂）]相等的兩點是cd（選填a、b、c、d中的兩個）；保持其他條件不變，將溫度改為600℃，在上圖中畫出反應(yīng)達(dá)到平衡的過程中氨氣的變化曲線．
（4）工業(yè)合成氨用煤制備原料氣氫氣時，往往排放大量的二氧化碳．實際工業(yè)生成中可利用二氧化碳聯(lián)合生產(chǎn)二甲醚（CH₃OCH₃），一定條件下，在容積固定的密閉設(shè)備中發(fā)生反應(yīng)：
2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＜0
兩個密閉恒容容器中在溫度均為T且保持不變的情況下進(jìn)行上述反應(yīng)，一段時間后測得兩個容器中有關(guān)數(shù)據(jù)及正逆反應(yīng)速率關(guān)系如下表：

容器	c（CO2） /mol•L-1	c（H2） /mol•L-1	c（CH3OCH3） /mol•L-1	c（H2O） /mol•L-1	v （正）和v （逆）比較
容器I	1.0×10-2	1.0×10-2	1.0×10-4	1.0×10-4	v （正）=v （逆）
容器II	2.0×10-2	1.0×10-2	1.0×10-4	2.0×10-4

容器I中的反應(yīng)是（選填“是”或“否”）達(dá)到平衡狀態(tài)，該反應(yīng)在溫度為T時的平衡常數(shù)K=1.0．表格內(nèi)的空格處v（正）與v（逆）的大小關(guān)系是v（正）＜v（逆）．

Answer 1

分析 （1）由于所給的①和②中存在氫氣的燃燒，缺少氫氣燃燒的數(shù)據(jù)；
（2）a和b比較是反應(yīng)物的濃度增加一倍，據(jù)此可以計算b放出的能量E，由于溫度不變，可以計算b狀態(tài)的平衡常數(shù)；
（3）反應(yīng)物濃度越大，反應(yīng)速率越大；t₁時刻后，化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡，據(jù)此判斷；溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡時間變短，且平衡左移，導(dǎo)致氨氣的物質(zhì)的量減小，據(jù)此解答即可；
（4）平衡狀態(tài)的標(biāo)志是：正逆反應(yīng)速率相等，根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式來計算平衡常數(shù)；根據(jù)任意態(tài)的濃度熵和平衡常數(shù)的關(guān)系來判斷是否是平衡狀態(tài)以及反應(yīng)的移動方向．

解答 解：（1）由于沒有給出氫氣的燃燒熱數(shù)據(jù)，故不能利用①和②表示△H，故答案為：無；不能，缺少氫氣的燃燒熱；
（2）b與a相比，是反應(yīng)物的濃度增大一倍，
①由于b是增加的反應(yīng)物的濃度，導(dǎo)致平衡右移，故反應(yīng)a和反應(yīng)b的氫氣轉(zhuǎn)化率不相同，故①錯誤；
②溫度不變，平衡常數(shù)不變，可以依據(jù)數(shù)據(jù)23.1計算此時的平衡常數(shù)，b狀態(tài)下平衡常數(shù)與a相等，故②正確；
③b中濃度是a的2倍，利用已知數(shù)據(jù)可以計算反應(yīng)b放出的能量E，故③正確；
④由于b狀態(tài)與a相比，濃度增大，平衡右移，故氨氣體積不同，故④錯誤，
故選②③；
（3）由于a點反應(yīng)物的物質(zhì)的量最大，故a點化學(xué)反應(yīng)速率最快，時刻，化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，即c、d兩點氮氣的物質(zhì)的量相同，溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡時間變短，且平衡左移，導(dǎo)致氨氣的物質(zhì)的量減小，此時圖象為：，故答案為：a；cd；   ；
（4）設(shè)備I中正逆反應(yīng)速率相等的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）×{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}{（C{O}_{2}）×c}^{6}（{H}_{2}）}$=$\frac{（1×1{0}^{-4}）^{4}}{（1×1{0}^{-2}）^{8}}$=1，因為該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1.0，而設(shè)備 II中Q_c=c（CH₃OCH₃）•c³（H₂O）/c²（CO₂）•c⁶（H₂）=1.0×10^-4×（2.0×10^-4）³/（2.0×10^-2）²（1.0×10^-2）⁶=2.0，所以Q_c＞K，反應(yīng)正在向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，v（正）＜v（逆），故答案為：因為該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1.0，而設(shè)備 II中Q_c=c（CH₃OCH₃）•c³（H₂O）/c²（CO₂）•c⁶（H₂）=1.0×10^-4×（2.0×10^-4）³/（2.0×10^-2）²（1.0×10^-2）⁶=2.0，所以Q_c＞K，反應(yīng)正在向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，v（正）＜v（逆），
故答案為：是；1.0；v（正）＜v（逆）．

點評 本題主要考查的是蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)反應(yīng)速率與平衡以及其影響因素、平衡常數(shù)的計算等，本題綜合性較強，難度較大．