Question

工业合成氨的反应为：N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)   △H <0

某实验将3.0 mol N₂(g)和4. 0 mol H₂(g)充入容积为10L的密闭容器中，在温度T₁下反应。测得H₂的物质的量随反应时间的变化如下图所示。

（1）反应开始3min内，H₂的平均反应速率为                            。

（2）计算该条件下合成氨反应的化学平衡常数（写出计算过程，结果保留2位有效数字）。

（3）仅改变温度为T₂ ( T₂小于T_I）再进行实验，请在答题卡框图中画出H₂的物质的量随反应时间变化的预期结果示意图。

（4）在以煤为主要原料的合成氨工业中，原料气氢气常用下述方法获得：

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

写出上述CO与H₂O(g)反应的热化学方程式：                            。

（5）合成氨工业中，原料气(N₂、H₂混有少量CO、NH₃）在进入合成塔之前，用醋酸二氨合铜（I）溶液来吸收CO，其反应为：

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

写出提高CO吸收率的其中一项措施：                            。

Answer

（16分）

（1）0.080mol/(L·min)  （3分，单位、有效数字错漏合扣1分）

（2）（共5分）【解析】
依题意，平衡时H2的浓度为0.10 mol/L

N2(g)  +  3H2(g)    2NH3(g)

起始浓度（mol/L）      0.30     0.40           0

转化浓度（mol/L）      0.10     0.30          0.20

平衡浓度（mol/L）      0.20     0.10          0.20       （1分）

K===2.0×102 (L/mol)2

答：该条件下合成氨反应的化学平衡常数为2.0×102 (L/mol)2。

（4分，其中代入公式、代入数值各1分；结果2分，代入数值不带单位或单位、有效数字错误合扣1分， K值不带单位不扣分）

（3）（2分，注意曲线起点、斜率、平衡点（t>8min,n(H2)<1.0mol）要素有错，每个要素扣1分直至0分，不标注温度不扣分）

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

（4分，状态错漏该小题0分，其中：方程式2分，ΔH 2分，错漏单位扣1分。其他计量数，合理即给分）

（5）高压，低温，加入浓氨水 ，增大醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液浓度，及时分离CH3COO[Cu(NH3)3]·CO等任写一点，用催化剂不给分（2分，合理即给分）

【解析】

试题分析：（1）读图，起始时氢气为4.0mol，3min时氢气为1.6mol，由于容器容积为10L，则氢气的变化浓度为( 4.0mol—1.6mol)/10L=0.24mol/L，则v(H2)=== 0.080mol/(L•min)；（2）【解析】
依题意，起始、平衡时H2的浓度分别为0.30mol/L、0.10 mol/L则：

N2(g) +  3H2(g)    2NH3(g)

起始浓度（mol/L）      0.30     0.40           0

转化浓度（mol/L）      0.10     0.30          0.20

平衡浓度（mol/L）      0.20     0.10          0.20

K＝= = 2.0×102 (L/mol)2

答：该条件下合成氨反应的化学平衡常数为2.0×102 (L/mol)2。

（3）画图要点：①T1→T2，降低温度，则反应速率减小，单位时间内消耗氢气的物质的量减小，达到平衡时间增大；②由于正反应是放热反应，降低温度平衡向正反应方向移动，则平衡时氢气的物质的量减小；（4）根据盖斯定律，第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式，则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的正反应是气体体积减小的放热反应，因此增大醋酸二氨和铜（I）溶液浓度或者加入浓氨水，及时分离CH3COO[Cu(NH3)3]•CO，增大压强、降低温度等措施，都能使平衡向正反应方向移动，提高CO的吸收率或转化率。

考点：考查化学反应原理，涉及平均反应速率的计算、化学平衡常数的计算过程、画出温度对化学反应速率和平衡移动的影响图像、盖斯定律、热化学方程式的书写、提高反应物转化率的措施等。