【題目】工業(yè)合成氨對人類生存貢獻巨大,反應(yīng)原理為:N2(g)3H2(g)2NH3(g) H

(1)若在一容積為2L的密閉容器中加入0.2molN20.6molH2在一定條件下發(fā)生反應(yīng),若在5分鐘時反應(yīng)達到平衡,此時測得NH3的物質(zhì)的量為0.2mol。則前5分鐘的平均反應(yīng)速率v(N2)=__。

(2)平衡后,若提高H2的轉(zhuǎn)化率,可以采取的措施有__。

A.加入催化劑 B.增大容器體積

C.降低反應(yīng)體系的溫度 D.加入一定量N2

(3)科學家研究在催化劑表面合成氨的反應(yīng)機理,反應(yīng)步驟與能量的關(guān)系如圖所示(吸附在催化劑表面的微粒用*標注,省略了反應(yīng)過程中的部分微粒)。

寫出步驟c的化學方程式___;由圖像可知合成氨反應(yīng)的△H__0(填”““=”)。

(4)n(N2)∶n(H2)=13的混合氣體,勻速通過裝有催化劑的剛性反應(yīng)器,反應(yīng)器溫度變化與從反應(yīng)器排出氣體中NH3的體積分數(shù)φ(NH3)關(guān)系如圖。隨著反應(yīng)器溫度升高,NH3的體積分數(shù)φ(NH3)先增大后減小的原因是_。

某溫度下,混合氣體在剛性容器內(nèi)發(fā)生反應(yīng),起始氣體總壓為2×107Pa,平衡時總壓為開始的90%,則H2的轉(zhuǎn)化率為___(氣體分壓P=P×體積分數(shù))。用某物質(zhì)的平衡分壓代替物質(zhì)的量濃度也可以表示化學平衡常數(shù)(記作KP),此溫度下,該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)KP=__(分壓列計算式、不化簡)。

(5)合成氨的原料氣H2可來自甲烷水蒸氣催化重整(SMR)。我國科學家對甲烷和水蒸氣催化重整反應(yīng)機理也進行了廣泛研究,通常認為該反應(yīng)分兩步進行。第一步:CH4催化裂解生成H2和碳(或碳氫物種),其中碳(或碳氫物種)吸附在催化劑上,如CH4→Cads/C(H)nads+(2-)H2;第二步:碳(或碳氫物種)和H2O反應(yīng)生成CO2H2,如Cads/C(H)nads2H2O→CO2+(2)H2。反應(yīng)過程和能量變化殘圖如下(過程①沒有加催化劑,過程②加入催化劑),過程①和②ΔH的關(guān)系為:①__②(填”““=”);控制整個過程②反應(yīng)速率的是第__步(填“I”“II”),其原因為__。

【答案】0.01molL-1min-1 CD NNH+H2N+NH3 < 溫度低于To時未達平衡,溫度升高,反應(yīng)速率加快,NH3的體積分數(shù)增大;高于To時反應(yīng)達平衡,由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng),溫度升高平衡常數(shù)減小,NH3的體積分數(shù)減小(答案合理即可) 20% = 步的活化能大,反應(yīng)速率慢

【解析】

(1)對于合成氨反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g),由平衡時生成NH3的物質(zhì)的量為0.2mol,可求出參加反應(yīng)的N20.1mol,由此可求出在一容積為2L的密閉容器中,前5分鐘的平均反應(yīng)速率v(N2)。

(2)A.加入催化劑,可加快反應(yīng)速率,但對平衡不產(chǎn)生影響;

B.增大容器體積,也就是減小壓強,平衡逆向移動;

C.降低反應(yīng)體系的溫度,平衡正向移動;

D.加入一定量N2,平衡正向移動。

(3)由圖中可以看出,步驟cNNHH2在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成NNH3;由圖象可知合成氨反應(yīng)的反應(yīng)物總能量大于生成物的總能量。

(4)對于放熱反應(yīng),升高溫度平衡逆向移動,To前,隨溫度升高,NH3的體積分數(shù)φ(NH3)增大,則表明反應(yīng)未達平衡,由此得出先增大后減小的原因。

令起始時,n(N2)=1mol,則n(H2)=3mol,設(shè)參加反應(yīng)的N2的物質(zhì)的量為x,從而建立三段式:

,由此可求出x=0.2mol,從而確定H2的轉(zhuǎn)化率。則平衡分壓p(N2)==4×106pap(H2)==1.2×107pa,p(NH3)==2×106pa,代入KP即得。

(5)過程①和②中,催化劑不影響反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率,對ΔH不產(chǎn)生影響;整個過程②分兩步進行,第二步的活化能大。

(1)對于合成氨反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g),由平衡時生成NH3的物質(zhì)的量為0.2mol,可求出參加反應(yīng)的N20.1mol,由此可求出在一容積為2L的密閉容器中,前5分鐘的平均反應(yīng)速率v(N2)== 0.01molL-1min-1。答案為:0.01molL-1min-1;

(2)A.加入催化劑,可加快反應(yīng)速率,但對平衡不產(chǎn)生影響,A不合題意;

B.增大容器體積,也就是減小壓強,平衡逆向移動,H2的轉(zhuǎn)化率減小,B不合題意;

C.降低反應(yīng)體系的溫度,平衡正向移動,H2的轉(zhuǎn)化率增大,C符合題意;

D.加入一定量N2,平衡正向移動,H2的轉(zhuǎn)化率增大,D符合題意;

故選CD。答案為:CD

(3)由圖中可以看出,步驟cNNHH2在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成NNH3,步驟c的反應(yīng)方程式為NNH+H2N+NH3;由圖象可知合成氨反應(yīng)的反應(yīng)物總能量大于生成物的總能量,所以合成氨反應(yīng)的H<0。答案為:NNH+H2N+NH3<;

(4)對于放熱反應(yīng),升高溫度平衡逆向移動,To前,隨溫度升高,NH3的體積分數(shù)φ(NH3)增大,則表明反應(yīng)未達平衡,由此得出先增大后減小的原因為溫度低于To時未達平衡,溫度升高,反應(yīng)速率加快,NH3的體積分數(shù)增大;高于To時反應(yīng)達平衡,由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng),溫度升高平衡常數(shù)減小,NH3的體積分數(shù)減小(答案合理即可)。答案為:溫度低于To時未達平衡,溫度升高,反應(yīng)速率加快,NH3的體積分數(shù)增大;高于To時反應(yīng)達平衡,由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng),溫度升高平衡常數(shù)減小,NH3的體積分數(shù)減小(答案合理即可);

令起始時,n(N2)=1mol,則n(H2)=3mol,設(shè)參加反應(yīng)的N2的物質(zhì)的量為x,從而建立三段式:

,由此可求出x=0.2mol,從而確定H2的轉(zhuǎn)化率為=20%;平衡分壓p(N2)==4×106pap(H2)==1.2×107pa,p(NH3)==2×106pa,代入,即得KP=。答案為:20%;;

(5)過程①和②中,催化劑不影響反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率,對ΔH不產(chǎn)生影響,所以①=②;整個過程②分兩步進行,第II步的活化能大,所以需控制第II步,其原因為第步的活化能大,反應(yīng)速率慢。答案為:=;第步的活化能大,反應(yīng)速率慢。

練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】某小組在Fe2+檢驗實驗中觀察到異常現(xiàn)象,為探究“紅色褪去”的原因,進行如下實驗:

編號

實驗I

實驗II

實驗III

實驗步驟

將實驗I褪色后的溶液分三份分別進行實驗

為進一步探究紅色褪去的原因,又進行以下實驗

②取反應(yīng)后的溶液,滴加鹽酸和BaCl2溶液

現(xiàn)象

溶液先變紅,片刻后紅色褪去,有氣體生成(經(jīng)檢驗為O2

①無明顯現(xiàn)象

②溶液變紅

③產(chǎn)生白色沉淀

①溶液變紅,一段時間后不褪色。

②無白色沉淀產(chǎn)生

分析上述三個實驗,下列敘述不正確的是

A.在此實驗條件下H2O2氧化Fe2的速率比氧化SCN的速率快

B.通過實驗Ⅱ推出實驗Ⅰ中紅色褪去的原因是由于SCN被氧化

C.通過實驗Ⅰ和實驗Ⅲ對比推出紅色褪去只與H2O2的氧化性有關(guān)

D.綜上所述,實驗Ⅰ中紅色褪去的原因與化學平衡移動原理無關(guān)

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科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】一定溫度下在一容積不變的密閉容器中發(fā)生可逆反應(yīng)2X(g) Y(g)+Z(s),以下不能說明該反應(yīng)達到化學平衡狀態(tài)的是(  )

A. 混合氣體的密度不再變化 B. 反應(yīng)容器中Y的質(zhì)量分數(shù)不變

C. X的分解速率與Y的消耗速率相等 D. 單位時間內(nèi)生成1 mol Y的同時生成2 mol X

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【題目】X、Y、Z、W均為短周期元素,它們在元素周期表中的位置如下圖所示。若Y原子的最外層電子數(shù)是次外層電子數(shù)的3倍,下列說法中正確的是 ( )

A. 原子半徑:W>Z>Y>X

B. 最高價氧化物對應(yīng)水化物的酸性:Z>W>X

C. 四種元素的單質(zhì)中,W單質(zhì)的熔沸點最高

D. W的單質(zhì)能與水反應(yīng),生成一種具有漂白性的物質(zhì)

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科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】有研究預測,到2030年,全球報廢的電池將達到1100萬噸以上。而目前廢舊電池的回收率卻很低。為了提高金屬資源的利用率,減少環(huán)境污染,應(yīng)該大力倡導回收處理廢舊電池。下面是一種從廢電池正極材料(含鋁箔、LiCoO2、Fe2O3及少量不溶于酸堿的導電劑)中回收各種金屬的工藝流程:

資料:1.黃鈉鐵礬晶體顆粒粗大,沉淀速度快,易于過濾。

2.鈷酸鋰難溶于水、碳酸鋰的溶解度隨溫度升高而降低。

回答下列問題:

(1)為了提高堿溶效率可以__,__。(任答兩種)

(2)從經(jīng)濟效益的角度考慮,為處理堿溶后所得濾液,可向其中通入過量CO2,請寫出所發(fā)生反應(yīng)的化學反應(yīng)方程式__。

(3) “酸浸時有無色氣體產(chǎn)生,寫出發(fā)生反應(yīng)的離子方程式__

(4) “沉鐵時采用的黃鈉鐵礬法與傳統(tǒng)的通過調(diào)整溶液pH氫氧化物沉淀法相比,金屬離子的損失少,請分析并說明原因:___。

(5) “沉鋰后得到碳酸鋰固體的實驗操作為__。

(6)已知黃鈉鐵礬的化學式為NaxFey(SO4)m(OH)n。為測定黃鈉鐵礬的組成,進行了如下實驗:①稱取4.850g樣品,加鹽酸完全溶解后,配成100.00mL溶液;②量取25.00mL溶液,加入足量的KI,用0.2500molL-1Na2S2O3溶液進行滴定(反應(yīng)2Fe32I-=2Fe2I2I22Na2S2O3=2NaINa2S4O6),消耗30.00mLNa2S2O3溶液至終點。③另取25.00mL溶液,加足量BaCl2溶液充分反應(yīng)后,過濾、洗滌、干燥后得沉淀1.165g。

Na2S2O3溶液進行滴定時,使用的指示劑為__;計算出黃鈉鐵礬的化學式__

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科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】下表是元素周期表的一部分,有關(guān)說法正確的是(  )

A. e的氫化物比d的氫化物穩(wěn)定

B. a、b、e三種元素的原子半徑:e>b>a

C. 六種元素中,c元素單質(zhì)的化學性質(zhì)最活潑

D. c、e、f的最高價氧化物對應(yīng)的水化物的酸性依次增強

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科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】下列幾種物質(zhì):

MgCl2 H2O Al H2O2 Na2O2 Ca(OH)2 HClO I2

(1)只含有離子鍵的是(選填序號,下同)________。

(2)含有共價鍵的離子化合物是________。

(3)屬于共價化合物的是________

(4)熔融狀態(tài)時和固態(tài)時,都能導電的是________。

(5)HClO的電子式________

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科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】已知B是酒的主要成分、C是食醋的主要成分。下圖是相關(guān)有機物的轉(zhuǎn)換關(guān)系:

完成下列填空。

1A的結(jié)構(gòu)簡式為______,工業(yè)上生產(chǎn)A所需的礦物資源是______

2)請寫出C的官能團名稱___________。

3)反應(yīng)②的化學方程式為_____________。

4)實驗室用如圖裝置制取乙酸乙酯。實驗時需預先在用于收集乙酸乙酯的試管b中加入_____溶液。實驗結(jié)束后,發(fā)現(xiàn)試管b中的液體分兩層,乙酸乙酯在____層(填),分離乙酸乙酯的實驗操作方法是_______。

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科目:高中化學 來源: 題型:

【題目】四氫鋁鋰(LiAlH4)常作有機合成的重要還原劑。以輝鋰礦(主要成分是Li2O·Al2O3·4SiO2,含少量Fe2O3)為原料合成四氫鋁鋰的流程如下:

已知:①幾種金屬氫氧化物沉淀的pH如表所示:

物質(zhì)

Fe(OH)3

Al(OH)3

開始沉淀的pH

2.3

4.0

完全沉淀的pH

3.7

6.5

②常溫下,Ksp(Li2CO3)=2.0×103,Li2CO3在水中溶解度隨著溫度升高而減小。

回答下列問題:

(1)上述流程中,提高酸浸速率的措施有________________、加熱;加入CaCO3的作用是_____,“a”的最小值為______________

(2)寫出LiHAlC13反應(yīng)的化學方程式為_____________(條件不作要求)。

(3)用熱水洗滌Li2CO3固體,而不用冷水洗滌,其目的是_______________。

(4)四氫鋁鋰LiAlH4溶解于NaOH溶液后得到無色透明溶液,并產(chǎn)生一種無色氣體。請寫出該反應(yīng)的離子方程式_____________________。

(5)在有機合成中,還原劑的還原能力通常用有效氫表示,其含義是1克還原劑相當于多少克氫氣的還原能力。LiAlH4有效氫________________(結(jié)果保留2位小數(shù))。

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