Question

（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             。

Answer

（14分）

Ⅰ．ΔH =＋（a＋3b－c) （2分）

Ⅱ．（1）c （1分）

（2）＞；＞ （各2分）

（3）①Ⅲ（2分）； ②4 （2分）

Ⅲ．N2＋6e—＋8H＋＝2NH4＋ （2分）； NH4Cl （1分）

【解析】

试题分析：I、根据盖斯定律，结合反应的能量变化图可知，方法②中反应的

ΔH =[（-C）-（-a)]-（-b×3）KJ/mol =+（a＋3b－c)kJ/mol；

II、（1）a、容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1︰3︰2，不符合平衡状态的特征，不能判断为平衡状态，错误；b、根据化学方程式，应是3v（N2)正＝v（H2)逆时，为平衡状态，错误；c、恒温恒容时，气体的物质的量变化的可逆反应，当容器的压强不变时，即为平衡状态，正确；d、恒容状态下，气体的密度始终不变，不能判断为平衡状态，错误，答案选c；

（2）乙容器内反应物的浓度是甲容器反应物浓度的2倍，所以乙的反应速率快，则甲达到平衡的时间长，则t>5min；将丙中的2mol氨气完全转化为反应物是3mol氢气、1mol氮气，与甲相比，氮气的物质的量少1mol，则平衡时，甲中氮气的物质的量浓度>丙，即c1>c2；

（3）①水是生成物，二氧化碳是反应物，水碳比越大，则不利于反应正向进行，二氧化碳的转化率越低，则二氧化碳的转化率最低时，说明水碳比最大，所以III的水碳比最大；

②设开始时二氧化碳的物质的量是1mol，则氨气的物质的量是x1mol，氨气的转化率为30%，则消耗氨气的物质的量是0.3x1mol ,则消耗二氧化碳的物质的量是0.3x1 mol×0.5=0.15x1mol，二氧化碳的转化率为60%，所以0.15x1/1=60%,则x1=4；

（4）氮气与氢气组成的原电池中，氮气发生还原反应，氢气发生氧化反应，则N元素的化合价降低到-3价，所以正极是氮气得到电子，与氢离子结合为铵根离子，电极反应式是N2＋6e—＋8H＋＝2NH4＋；铵根离子与溶液中的氯离子结合生成氯化铵，所以A是NH4Cl。

考点：考查盖斯定律的应用，电化学反应原理的应用，化学平衡移动的判断