Question

20．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：

△H=+88.6kJ/mol則M、N的穩定性相比，M＞N．（填“＞”、“＜”或“=”表示）
（2）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 ．
（3）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；
（2）注明物質的聚集狀態與反應熱書寫熱化學方程式，注意反應熱與化學計量數成正比關系；
（3）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，
故答案為：＞；
（2）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 ；
（3）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．