Question

工業(yè)合成氨的反應為：N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)   △H <0

某實驗將3.0 mol N₂(g)和4. 0 mol H₂(g)充入容積為10L的密閉容器中，在溫度T₁下反應。測得H₂的物質的量隨反應時間的變化如下圖所示。

（1）反應開始3min內，H₂的平均反應速率為                            。

（2）計算該條件下合成氨反應的化學平衡常數（寫出計算過程，結果保留2位有效數字）。

（3）僅改變溫度為T₂ ( T₂小于T_I）再進行實驗，請在答題卡框圖中畫出H₂的物質的量隨反應時間變化的預期結果示意圖。

（4）在以煤為主要原料的合成氨工業(yè)中，原料氣氫氣常用下述方法獲得：

①C+H₂O(g) CO+H₂；②CO+H₂O(g) CO₂+H₂；

已知：CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g)   △H=—283.0kJ/mol

H₂(g)+1/2O₂(g)=H₂O(g)   △H=—241.8kJ/mol

寫出上述CO與H₂O(g)反應的熱化學方程式：                            。

（5）合成氨工業(yè)中，原料氣(N₂、H₂混有少量CO、NH₃）在進入合成塔之前，用醋酸二氨合銅（I）溶液來吸收CO，其反應為：

CH₃COO[Cu(NH₃)₂]+CO+NH₃CH₃COO[Cu(NH₃)₃]•CO   △H<0     

寫出提高CO吸收率的其中一項措施：                            。

 

Answer 1

【答案】

（16分）

（1）0.080mol/(L·min)  （3分，單位、有效數字錯漏合扣1分）

（2）（共5分）解：依題意，平衡時H₂的濃度為0.10 mol/L

N₂(g)  +  3H₂(g)    2NH₃(g)

起始濃度（mol/L）      0.30     0.40           0

轉化濃度（mol/L）      0.10     0.30          0.20

平衡濃度（mol/L）      0.20     0.10          0.20       （1分）

K===2.0×10² (L/mol)²

答：該條件下合成氨反應的化學平衡常數為2.0×10² (L/mol)²。

（4分，其中代入公式、代入數值各1分；結果2分，代入數值不帶單位或單位、有效數字錯誤合扣1分， K值不帶單位不扣分）

（3）（2分，注意曲線起點、斜率、平衡點（t>8min,n(H₂)<1.0mol）要素有錯，每個要素扣1分直至0分，不標注溫度不扣分）

（4）CO(g)+H₂O(g)=CO₂(g)+H₂(g)  △H=—41.2 kJ/mol

（4分，狀態(tài)錯漏該小題0分，其中：方程式2分，ΔH 2分，錯漏單位扣1分。其他計量數，合理即給分）

（5）高壓，低溫，加入濃氨水 ，增大醋酸二氨合銅(Ⅰ)溶液濃度，及時分離CH₃COO[Cu(NH₃)₃]·CO等任寫一點，用催化劑不給分（2分，合理即給分）

【解析】

試題分析：（1）讀圖，起始時氫氣為4.0mol，3min時氫氣為1.6mol，由于容器容積為10L，則氫氣的變化濃度為( 4.0mol—1.6mol)/10L=0.24mol/L，則v(H₂)=== 0.080mol/(L•min)；（2）解：依題意，起始、平衡時H₂的濃度分別為0.30mol/L、0.10 mol/L則：

N₂(g) +  3H₂(g)    2NH₃(g)

起始濃度（mol/L）      0.30     0.40           0

轉化濃度（mol/L）      0.10     0.30          0.20

平衡濃度（mol/L）      0.20     0.10          0.20

K＝= = 2.0×10² (L/mol)²

答：該條件下合成氨反應的化學平衡常數為2.0×10² (L/mol)²。

（3）畫圖要點：①T₁→T₂，降低溫度，則反應速率減小，單位時間內消耗氫氣的物質的量減小，達到平衡時間增大；②由于正反應是放熱反應，降低溫度平衡向正反應方向移動，則平衡時氫氣的物質的量減�。唬�4）根據蓋斯定律，第一個熱化學方程式減去第二個熱化學方程式，則CO(g)+H₂O(g)=CO₂(g)+H₂(g)  △H=—41.2 kJ/mol；（5）由于CH₃COO[Cu(NH₃)₂]+CO+NH₃CH₃COO[Cu(NH₃)₃]•CO的正反應是氣體體積減小的放熱反應，因此增大醋酸二氨和銅（I）溶液濃度或者加入濃氨水，及時分離CH₃COO[Cu(NH₃)₃]•CO，增大壓強、降低溫度等措施，都能使平衡向正反應方向移動，提高CO的吸收率或轉化率。

考點：考查化學反應原理，涉及平均反應速率的計算、化學平衡常數的計算過程、畫出溫度對化學反應速率和平衡移動的影響圖像、蓋斯定律、熱化學方程式的書寫、提高反應物轉化率的措施等。