Question

15．碳是形成化合物種類最多的元素，其單質及化合物是人類生產生活的主要能源物質．請回答下列問題：（已知：在25℃，100kPa時，1mol純物質完全燃燒生成穩定的氧化物時所放出的熱量，叫做該物質的燃燒熱．單位為kJ/mol）

（1）有機物M經過太陽光光照可轉化成N，轉化過程如圖甲：
△H=+88.6kJ/mol則M、N的穩定性相比，M＞N．使Cl₂和H₂O（g）通過灼熱的炭層，生成HCl和CO₂，當有1mol Cl₂參與反應時釋放出145kJ熱量，寫出該反應的熱化學方程：2Cl₂（g）+2H₂O（g）+C（s）═4HCl（g）+CO₂（g）△H=-290kJ•mol^-1．
（2）氨氣易液化，便于儲運，可利用NH₃作儲氫材料．
已知：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H=+92.4kJ•mol^-1
一定溫度下，在2L的密閉容器中投入2mol的NH₃，當達到平衡時放出的熱量為60.1kJ，則此時NH₃的轉化率為65%．
其他條件相同，該反應在不同催化劑作用下，氫氣初始生成速率如圖1，相同時間氨氣的轉化率隨反應溫度的變化如圖2．
則反應的活化能最大的是Ru（填催化劑的化學式）．c點氨氣的轉化率高于b點，原因是點b、c均未達到平衡，相同時間，C點溫度較高，反應速率較快，故C點的氨氣的轉化率較高．
請在圖2中再添加一條Ni催化分解氨氣過程的總趨勢曲線．

Answer 1

分析 （1）M轉化為N是吸熱反應，所以N的能量高，能量越高越不穩定；根據反應熱與化學計量數成正比關系以及注明物質的聚集狀態與反應熱書寫熱化學方程式；
（2）根據放出的熱量計算參加反應氮氣物質的量，進而計算氨氣轉化率；
氫氣初始生成速率越大，說明催化劑催化性能越高；
點b、c均未達到平衡，相同時間，C點溫度較高，反應速率較快，故C點的氨氣的轉化率較高；
催化劑不影響平衡移動，平衡時轉化率不變，Ni的催化性能比Fe高，但比Rh低，相同溫度下氨氣轉化率高于催化劑Fe的、小于催化劑Rh的．

解答 解：（1）M轉化為N是吸熱反應，所以N的能量高，能量越高越不穩定，能量越低越穩定，故穩定性M＞N，有1mol Cl₂參與反應時釋放出145kJ熱量，2mol氯氣反應放熱290kJ，反應的熱化學方程式為：2Cl₂（g）+2H₂O（g）+C（s）═4HCl（g）+CO₂（g）△H=-290kJ•mol^-1 ；
故答案為：＞；2Cl₂（g）+2H₂O（g）+C（s）═4HCl（g）+CO₂（g）△H=-290kJ•mol^-1 ；
（2）參加反應氨氣物質的量為2mol×$\frac{60.1kJ}{92.4kJ}$=1.3mol，故氨氣轉化率為$\frac{1.3mol}{2mol}$×100%=65%；
氫氣初始生成速率越大，說明催化劑催化性能越高，由圖可知Ru的催化性能最好；
點b、c均未達到平衡，相同時間，C點溫度較高，反應速率較快，故C點的氨氣的轉化率較高；
催化劑不影響平衡移動，平衡時轉化率不變，Ni的催化性能比Fe高，但比Rh低，相同溫度下氨氣轉化率高于催化劑Fe的、小于催化劑Rh的，Ni催化分解氨氣過程的總趨勢曲線如圖：，
故答案為：65%；Ru；點b、c均未達到平衡，相同時間，C點溫度較高，反應速率較快，故C點的氨氣的轉化率較高；．

點評 本題考查化學反應中能量變化、熱化學方程式書寫、化學平衡計算、化學平衡圖象等，側重考查分析解決問題能力，難度中等．