(14分)氨的合成是最重要的化工生产之一。
Ⅰ.工业上合成氨用的H2有多种制取的方法:
① 用焦炭跟水反应:C(s)+H2O(g)
CO(g) + H2(g);
② 用天然气跟水蒸气反应:CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g)
已知有关反应的能量变化如下图,且方法②的反应为吸热反应,则方法②中反应的ΔH =___________kJ/moL。
Ⅱ.在3个1L的密闭容器中,同温度下、使用相同催化剂分别进行反应:
3H2(g)+N2(g)
2NH3(g)
按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,反应达到平衡时有关数据为:
| 容 器 |
甲 |
乙 |
丙 |
| 反应物投入量 |
3 mol H2、2 mol N2 |
6 mol H2、4mol N2 |
2 mol NH3 |
| 达到平衡的时间(min) |
t |
5 |
8 |
| 平衡时N2的浓度(mol·L-1) |
c1 |
3 |
c2 |
(1)下列能说明该反应已达到平衡状态的是
a.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1︰3︰2
b.v(N2)正=3v(H2)逆
c.容器内压强保持不变
d.混合气体的密度保持不变
(2)甲容器中达到平衡所需要的时间t 5min,表中c1 c2。(填“>”、“<” 或“=”)
(3)用氨合成尿素的反应为2NH3(g)+CO2(g)
CO(NH2)2(s)+H2O(g)。工业生产时,原料气带有水蒸气。图1表示CO2的转化率与氨碳比
、水碳比
的变化关系。
①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的水碳比最大的是 。
②测得B点氨的转化率为30%,则x1= 。
Ⅲ.有人设想以N2和H2为反应物,以溶有A的稀盐酸为电解质溶液,可制造出既能提供电能,又能固氮的新型燃料电池,装置如图2所示。
电池正极的电极反应式是 ,A是 。
在0.5 L的密闭容器中,一定量的氮气和氢气进行如下化学反应:N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
ΔH<0,其化学平衡常数K与温度T的关系如下表:
| T/℃ |
200 |
300 |
400 |
| K |
K1 |
K2 |
0.5 |
请完成下列问题:
(1)试比较K1、K2的大小,K1________K2(填“>”“=”或“<”)
(2)下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据的是________(填字母编号)
a.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2
b.v正(N2)=3v逆(H2)
c.容器内压强保持不变
d.混合气体的密度保持不变
(3)400 ℃时,反应2NH3(g)
N2(g)+3H2(g)的化学平衡常数K的值为________,当测得NH3和N2、H2的物质的量分别为3 mol和2 mol、1 mol时,该反应的v正(N2)________v逆(N2)(填“>”“<”或“=”)
在溶液中,反应A+2B
C分别在三种不同实验条件下进行,它们的起始浓度均为c(A)=0.100 mol/L、c(B)=0.200 mol/L及c(C)=0 mol/L。反应物A的浓度随时间的变化如下图所示。
请回答下列问题:
(1)与①比较,②和③分别仅改变一种反应条件。所改变的条件和判断的理由是:
②______________________________________________;
③______________________________________________;
(2)实验②平衡时B的转化率为________;实验③平衡时C的浓度为________________;
(3)该反应的ΔH________0,其判断理由是_________________________________;
(4)该反应进行到4.0 min时的平均反应速率:
实验②:vB=________;
实验③:vC=________。
向2 L密闭容器中通入a mol气体A和b mol气体B,在一定条件下发生反应:xA(g)+yB(g)
pC(g)+qD(g)已知:平均反应速率v(C)=
v(A),反应2 min时,A的浓度减少了
,B的物质的量减少了
mol,有a mol D生成,回答下列问题:
(1)反应2 min内v(A)=________,v(B)=________
(2)化学方程式中,x=__________,y=__________,p=________,q=________
(3)反应平衡时,D为2a mol,则B的转化率为________。
(4)如果只升高反应温度,其他反应条件不变,平衡时D为1.5a mol,则该反应的ΔH________0(填“>”“<”或“=”)
(5)如果其他条件不变,将容器的容积变为1 L,进行同样的实验,则与上述反应比较:
①反应速率________(填“增大”、“减小”或“不变”),理由是________。
②平衡时反应物的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”),理由是________。
t ℃时,将3 mol A和1 mol B气体通入体积为2 L的密闭容器中(容积不变),发生反应:3A(g)+B(g)
xC(g)。2 min时反应达到平衡状态(温度不变),剩余了0.8 mol B,并测得C的浓度为0.4 mol·L-1,请填写下列空白:
(1)从开始反应至达到平衡状态,生成C的平均反应速率为________。
(2)x=________;平衡常数K=________。
(3)若继续向原平衡混合物的容器中通入少量氦气(假设氦气和A、B、C都不反应)后,化学平衡________(填写字母序号)。
A.向正反应方向移动
B.向逆反应方向移动
C.不移动
(4)若向原平衡混合物的容器中再充入a mol C,在t ℃时达到新的平衡,此时B的物质的量为n(B)=________mol。
反应A(g)+B(g)
C(g)+D(g)过程中的能量变化如图所示,回答下列问题。
(1)该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)当反应达到平衡时,升高温度,A的转化率________(填“增大”“减小”或“不变”),原因是________________________________________
(3)反应体系中加入催化剂对反应热是否有影响?________,原因是__________________________________________
(4)在反应体系中加入催化剂,反应速率增大,E1和E2的变化是:E1________,E2________。(填“增大”“减小”或“不变”)