Question

2．氨在國防、工農業生產領域發揮著重要作用．
（1）工業以甲烷為原料生產氨氣的過程如下：甲烷$\stackrel{Ⅰ}{→}$氫氣 $\stackrel{Ⅱ}{→}$氨氣
 ①過程Ⅰ中，有關化學反應的能量變化如圖所示

反應①為吸熱反應（填“吸熱”或“放熱”），CH₄（g）與H₂O（g）反應生成CO（g）和H₂（g）的熱化學方程式是CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+118.1kJ/mol．
（2）CO可降低過程Ⅱ所用催化劑的催化效率，常用乙酸二氨合銅（Ⅰ）溶液吸收，其反應原理為：[Cu（NH₃）₂CH₃COO]（aq）+CO（g）+NH₃（g）[Cu（NH₃）₂]CH₂COO•CO（1），
①N元素在周期表中的位置為第二周期第ⅤA族，NH₃的電子式為．
②所得溶液經處理的又可再生，恢復其吸收CO能力，再生的適宜條件是b（選填字母）．
a．高溫、高壓      b．高溫、低壓      c．低溫、低壓      d．低溫、高壓
（3）合成NH₃的反應為放熱反應，如果該反應平衡時，只改變一個條件，再次達到新平衡時，平衡常數K值變大．關于該反應的說法正確的是AD（填字母序號）．
A．一定向正反應方向移動    B．在平衡移動時正反應速率先增大再減小
C．一定向逆反應方向移動    D．在平衡移動時逆反應速率先減小再增大
（4）400℃，28MPa時，將1molN₂和3mol H₂混合充入體積可變的密閉容器中，加入催化劑，10分鐘后反應達到平衡平衡時N₂轉化率為60%．
①下列圖象能正確表示該過程中相關量的變化的是a（填字母序號）．

②平衡常數K_p=0.021（MPa）^-2（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數）．
（5）恒溫恒容時，若原料氣投料比n（H₂）：n（N₂）=1：1，平衡時、H₂的體積分數為30%．容器內的壓強與起始壓強之比為5：6．

Answer 1

分析 （1）由圖可知反應①生成物的總能量比反應物的總能量高，故為吸熱反應；根據蓋斯定律來計算反應的焓變并書寫熱化學方程式；
（2）①N元素二周期第ⅤA族，氨氣中氮原子與氫原子形成三對共用電子對；
②根據溫度和壓強對化學平衡移動的影響知識來回答；
（3）改變一個條件，再次達到新平衡時，平衡常數K值變大，說明改變反應溫度使正向移動，NH₃的反應為放熱反應，故應為降溫；
（4）①400℃，28MPa時，將1molN₂和3mol H₂混合充入體積可變的密閉容器中，反應放熱，隨反應的進行，放出的熱量增大，混合氣體質量不變，容器體積減小，混合氣體密度增大，反應正向進行，混合氣體質量不變，總物質的量減少，混合氣體的平均相對分子質量增大，氫氣的體積分數減小，也不會從0開始，據此分析；
②400℃，28MPa時，將1molN₂和3mol H₂混合充入體積可變的密閉容器中，加入催化劑，10分鐘后反應達到平衡平衡時N₂轉化率為60%，列三段式計算平衡時各物質的物質的量和壓強，代入K計算；
（5）設反應起始各去1mol，反應氮氣x，列三段式，根據氫氣的體積分數計算x的值，再由氣體的壓強之比等于氣體的物質的量之比計算．

解答 解：（1）由圖可知反應①生成物的總能量比反應物的總能量高，故為吸熱反應；由圖示可得：CH₄（g）+2H₂O（g）=CO₂（g）+4H₂（g）△H=+76.9kJ/mol；CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.2kJ/mol．由蓋斯定律得CH4（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+118.1kJ/mol；
故答案為：吸熱；CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g）△H=+118.1kJ/mol；
（2）①N元素二周期第ⅤA族，氨氣的電子式為：；
故答案為：第二周期第ⅤA族；；
②欲使溶液再生，即使平衡向左移動，所以應高溫、低壓；
故答案為：b；
（3）改變一個條件，再次達到新平衡時，平衡常數K值變大，說明改變反應溫度使正向移動，NH₃的反應為放熱反應，故應為降溫，則逆反應速率先減小再增大；
故答案為：AD；
（4）①400℃，28MPa時，將1molN₂和3mol H₂混合充入體積可變的密閉容器中，反應放熱，隨反應的進行，放出的熱量增大，a正確；混合氣體質量不變，容器體積減小，混合氣體密度增大，b錯誤；反應正向進行，混合氣體質量不變，總物質的量減少，混合氣體的平均相對分子質量增大，c錯誤；氫氣的體積分數減小，也不會從0開始，d錯誤；
故答案為：a；
②400℃，28MPa時，將1molN₂和3mol H₂混合充入體積可變的密閉容器中，加入催化劑，10分鐘后反應達到平衡平衡時N₂轉化率為60%，列三段式；
   N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
n始：1         3                0
n轉：0.6      1.8             1.2
n平：0.4      1.2             1，2
則P（N₂）=$\frac{0.4}{2.8}$×28MPa=4MPa，P（H₂）=$\frac{1.2}{2.8}$×28MPa=12MPa=P（NH₃），化學平衡常數K_p=$\frac{{P}^{2}（N{H}_{3}）}{{P}^{\;}（{N}_{2}）•{P}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{1{2}^{2}}{4×1{2}^{3}}$≈0.021（MPa）^-2；
故答案為：0.021（MPa）^-2；
（5）設反應起始各1mol，反應氮氣x，列三段式，
        N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
n始：1            1                0
n轉：x            3x             2x
n平：1-x        1-3x           2x
H₂的體積分數為30%，則$\frac{1-3x}{1-x+1-3x+2x}$=0.3，解得x=$\frac{1}{6}$，氣體的壓強之比等于氣體的物質的量之比，則容器內的壓強與起始壓強之比為（1-$\frac{1}{6}$+1-3×$\frac{1}{6}$+2×$\frac{1}{6}$）：2=5：6；
故答案為：5：6．

點評 本題考查了蓋斯定律、分子電子式、影響化學平衡的因素及化學平衡的有關技術，讀懂信息，靈活運用所學知識是關鍵，題目難度較大．