.碳和氮的*化物是廣泛的化工原料,回答下列問題:(1)工業上合成氨的反應為N2(g)+3H2(g)2NH3(g...
問題詳情:
.碳和氮的*化物是廣泛的化工原料,回答下列問題:
(1)工業上合成氨的反應為N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92.2kJ/mol,反應過程中能量變化如圖I所示。
①氨分解:2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能為_________kJ/mol
②合成氨時加入鐵粉可以加快生成NH3的速率,在圖I中畫出加入鐵粉後的能量變化曲線。_______
(2)聯氨作火箭燃料的反應為:2N2H4(l)+N2O4(l)=3N2(g)+4H2O(g) △H1
已知:2O2(g)+N2(g)=N2O4(1) △H2 N2H4(1)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H3
上述熱效應之間的關係式為△H1=____。某新型火箭用液氧/煤油代替聯氨/N2O4,這種替換可能的好處是___(一條即可)。
(3)天然氣制*氣是工業上制*氣的主要方法之一,其主要反應如下:
i.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH=-+206.4kJ/mol,
ii.CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.0kJ/mol
在一定溫度下,2L的密閉容器中加入a molCH4和2amolH2O發生反應,t min時反應達平衡,測得容器內CObmol、CO2cmol。回答下列問題:
①下列可判斷體系達到平衡狀態是_______。
A.CO的體積分數不變 B.容器內氣體密度不變 C.3v(CH4)=v(H2) D.不再變化
②0~tmin反應速率v(CO2)=_____,CH4的的轉化率為_____,反應ⅱ的平衡常數K=______。
③圖Ⅱ中T℃之後c(CO2)隨溫度升高而減小的原因是_________。
【回答】
(1). 427.7 (2). (3). 2△H3-△H2 (4). 環境汙染小(或成本低) (5). AD (6). mol/(L·min) (7). ×100% (8). (9). T℃之後,反應②為放熱反應,升高溫度反應②向逆反應方向移動是影響c(CO2)的主要因素,故c(CO2)減小
【解析】
【分析】
(1)①放熱反應的反應熱△H=—(Ea2—Ea1);
②催化劑可以降低反應的活化能,增大反應速率,即Ea、Ea1均減小,但反應熱不變;
(2)依據蓋斯定律計算可得;液氧/煤油所用原料成本低,無毒;
(3)①反應達到化學平衡狀態時,正逆反應速率相等,各物質濃度或百分含量保持不變;
②依據題給資料,建立三段式,結合速率、轉化率和化學平衡常數表示式計算可得;
③反應i為吸熱反應,反應ii為放熱反應,由圖Ⅱ可知T℃時反應達到平衡,升高溫度,反應i向正反應方向移動,一氧化碳濃度增大,反應ii向逆反應方向移動,溫度對c(CO2)的影響大於濃度的影響。
【詳解】(1)①放熱反應的反應熱△H=—(Ea2—Ea1),由圖可知Ea1=335.0 kJ/mol,則合成氨反應△H=—(Ea2—335.0 kJ/mol)=—92.2kJ/mol,Ea2=427.2 kJ/mol,即2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能為427.2 kJ/mol,故*為:427.2;
②催化劑可以降低反應的活化能,增大反應速率,即Ea、Ea1均減小,但反應熱不變,則加入鐵粉後的能量變化曲線為,故*為:;
(2)將題給反應依次編號為①②③,由蓋斯定律可知③×2—②=①,則△H1=2△H3-△H2;用液氧/煤油代替聯氨/N2O4的主要原因是液氧/煤油所用原料成本低,無毒,對環境汙染小,故*為:2△H3-△H2;環境汙染小;
(3)①A、CO的體積分數不變,說明正反應速率等於逆反應速率,該反應已達平衡狀態,故正確;
B、根據質量守恆定律,平衡前後氣體質量是不變的,在恆溫恆容密閉體系中,整個反應過程混合氣體的密度始終是不變的,不可作為判斷體系達到平衡狀態的判據,故錯誤;
C、3v(CH4)=v(H2)不能說明正反應速率等於逆反應速率,不可作為判斷體系達到平衡狀態的判據,故錯誤;
D、不再變化,說明在恆溫恆容密閉體系中CO和H2的濃度不在變化,該反應已達平衡狀態,故正確;
AD正確,故*為:AD;
②設反應i生成一氧化碳的物質的量為x,由題給條件建立如下三段式:
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
起(mol) a 2a 0 0
變(mol) x x x 3x
平(mol) a—x 2a—x x 3x
CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起(mol) x 2a—x 0 3x
變(mol) c c c c
平(mol) x—c 2a—x—c c 3x+c
0~tmin內,生成CO2的物質的量為cmol,濃度的變化量為 mol/L,則反應速率v(CO2)= mol/(L·min);由題意可知一氧化碳的物質的量為bmol,則有x—c=b,x=c+b,CH4的轉化率為×100%;平衡時,c(CO)為 mol/L,c(H2O)為 mol/L,c(CO2)為mol/L,c(H2O)為mol/L,反應ⅱ的平衡常數K===,故*為:mol/(L·min);×100%;;
③反應i為吸熱反應,反應ii為放熱反應,由圖Ⅱ可知T℃時反應達到平衡,升高溫度,反應i向正反應方向移動,一氧化碳濃度增大,使二氧化碳濃度有增大的趨勢,反應ii向逆反應方向移動,使二氧化碳濃度有減小的趨勢,由於溫度對c(CO2)的影響大於濃度的影響,所以c(CO2)隨溫度升高而減小,故*為:T℃之後,反應②為放熱反應,升高溫度反應②向逆反應方向移動是影響c(CO2)的主要因素,故c(CO2)減小。
【點睛】本題考查化學反應原理綜合應用,側重分析與應用能力的考查,注意把握反應熱與活化能的關係、蓋斯定律的計算、化學平衡狀態的判斷、化學平衡計算為解答的關鍵。
知識點:化學反應速率 化學平衡
題型:綜合題
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