.碳和氮的*化物是广泛的化工原料,回答下列问题:(1)工业上合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g...
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.碳和氮的*化物是广泛的化工原料,回答下列问题:
(1)工业上合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92.2kJ/mol,反应过程中能量变化如图I所示。
①氨分解:2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能为_________kJ/mol
②合成氨时加入铁粉可以加快生成NH3的速率,在图I中画出加入铁粉后的能量变化曲线。_______
(2)联氨作火箭燃料的反应为: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
上述热效应之间的关系式为△H1=____。某新型火箭用液氧/煤油代替联氨/N2O4,这种替换可能的好处是___(一条即可)。
(3)天然气制*气是工业上制*气的主要方法之一,其主要反应如下:
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
在一定温度下,2L的密闭容器中加入a molCH4和2amolH2O发生反应,t min时反应达平衡,测得容器内CObmol、CO2cmol。回答下列问题:
①下列可判断体系达到平衡状态是_______。
A.CO的体积分数不变 B.容器内气体密度不变 C.3v(CH4)=v(H2) D.不再变化
②0~tmin反应速率v(CO2)=_____,CH4的的转化率为_____,反应ⅱ的平衡常数K=______。
③图Ⅱ中T℃之后c(CO2)随温度升高而减小的原因是_________。
【回答】
(1). 427.7 (2). (3). 2△H3-△H2 (4). 环境污染小(或成本低) (5). AD (6). mol/(L·min) (7). ×100% (8). (9). T℃之后,反应②为放热反应,升高温度反应②向逆反应方向移动是影响c(CO2)的主要因素,故c(CO2)减小
【解析】
【分析】
(1)①放热反应的反应热△H=—(Ea2—Ea1);
②催化剂可以降低反应的活化能,增大反应速率,即Ea、Ea1均减小,但反应热不变;
(2)依据盖斯定律计算可得;液氧/煤油所用原料成本低,无毒;
(3)①反应达到化学平衡状态时,正逆反应速率相等,各物质浓度或百分含量保持不变;
②依据题给数据,建立三段式,结合速率、转化率和化学平衡常数表达式计算可得;
③反应i为吸热反应,反应ii为放热反应,由图Ⅱ可知T℃时反应达到平衡,升高温度,反应i向正反应方向移动,一氧化碳浓度增大,反应ii向逆反应方向移动,温度对c(CO2)的影响大于浓度的影响。
【详解】(1)①放热反应的反应热△H=—(Ea2—Ea1),由图可知Ea1=335.0 kJ/mol,则合成氨反应△H=—(Ea2—335.0 kJ/mol)=—92.2kJ/mol,Ea2=427.2 kJ/mol,即2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能为427.2 kJ/mol,故*为:427.2;
②催化剂可以降低反应的活化能,增大反应速率,即Ea、Ea1均减小,但反应热不变,则加入铁粉后的能量变化曲线为,故*为:;
(2)将题给反应依次编号为①②③,由盖斯定律可知③×2—②=①,则△H1=2△H3-△H2;用液氧/煤油代替联氨/N2O4的主要原因是液氧/煤油所用原料成本低,无毒,对环境污染小,故*为:2△H3-△H2;环境污染小;
(3)①A、CO的体积分数不变,说明正反应速率等于逆反应速率,该反应已达平衡状态,故正确;
B、根据质量守恒定律,平衡前后气体质量是不变的,在恒温恒容密闭体系中,整个反应过程混合气体的密度始终是不变的,不可作为判断体系达到平衡状态的判据,故错误;
C、3v(CH4)=v(H2)不能说明正反应速率等于逆反应速率,不可作为判断体系达到平衡状态的判据,故错误;
D、不再变化,说明在恒温恒容密闭体系中CO和H2的浓度不在变化,该反应已达平衡状态,故正确;
AD正确,故*为:AD;
②设反应i生成一氧化碳的物质的量为x,由题给条件建立如下三段式:
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
起(mol) a 2a 0 0
变(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
变(mol) c c c c
平(mol) x—c 2a—x—c c 3x+c
0~tmin内,生成CO2的物质的量为cmol,浓度的变化量为 mol/L,则反应速率v(CO2)= mol/(L·min);由题意可知一氧化碳的物质的量为bmol,则有x—c=b,x=c+b,CH4的转化率为×100%;平衡时,c(CO)为 mol/L,c(H2O)为 mol/L,c(CO2)为mol/L,c(H2O)为mol/L,反应ⅱ的平衡常数K===,故*为:mol/(L·min);×100%;;
③反应i为吸热反应,反应ii为放热反应,由图Ⅱ可知T℃时反应达到平衡,升高温度,反应i向正反应方向移动,一氧化碳浓度增大,使二氧化碳浓度有增大的趋势,反应ii向逆反应方向移动,使二氧化碳浓度有减小的趋势,由于温度对c(CO2)的影响大于浓度的影响,所以c(CO2)随温度升高而减小,故*为:T℃之后,反应②为放热反应,升高温度反应②向逆反应方向移动是影响c(CO2)的主要因素,故c(CO2)减小。
【点睛】本题考查化学反应原理综合应用,侧重分析与应用能力的考查,注意把握反应热与活化能的关系、盖斯定律的计算、化学平衡状态的判断、化学平衡计算为解答的关键。
知识点:化学反应速率 化学平衡
题型:综合题
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