Question

氨催化分解既可防治氨气污染，又能得到氢能源，得到广泛研究。

(1)已知：①反应I：4NH₃(g)+3O₂(g)2N₂(g)+6H₂O(g)  ΔH₁=-1266.6 kJ·mol^-1

②H₂(g)+O₂(g)=H₂O(l)  △H₂=-285.8 kJ·mol^-1

③H₂O(l)═H₂O(g)  ΔH₃=+44.0 kJ·mol^-1

则反应2NH₃(g)N₂(g)+3H₂(g)的反应热△H=___。

(2)合成甲醇的反应为：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)   △H₂，在10 L恒容密闭容器中加入4 mol CO和8 mol H₂，测得CO的平衡转化率与温度和压强的关系如图所示，200℃时n(H₂)随时间的变化如下表所示：

t/min	0	1	3	5
n(H2)/mol	8.0	5.4	4.0	4.0

①△H₂_____(填“＞”“＜”或“＝”)0。

②下列说法正确的是_______(填标号）。

a.温度越高，该反应的平衡常数越大

b.达平衡后再充入稀有气体，CO的转化率提高

c.容器内气体压强不再变化时，反应达到最大限度

d.图中压强p₁<p₂

③0〜3min内用CH₃OH表示的反应速率v(CH₃OH)=___(保留三位小数)。

④200℃时，该反应的平衡常数K=__。向上述200℃达到平衡的恒容密闭容器中再加入2 mol CO、2 mol H₂、2 mol CH₃OH，保持温度不变，则化学平衡__(填“正向”、“逆向”或“不”)移动。

(3)体积相同的甲、乙两个容器中，分别都充有等物质的量的SO₂和O₂，在相同温度下发生反应：2SO₂+O₂2SO₃，并达到平衡，在这过程中，甲容器保持体积不变，乙容器保持压强不变，若甲容器中SO₂的转化率为p%，则乙容器中SO₂的转化率（______________）

A. 等于p%     B. 大于p%    C. 小于p%     D. 无法判断

Answer

+92.1 kJ/mol ＜ cd 0.067 mol/(Lmin) 6.25 正向 B

【解析】

(1)根据盖斯定律，将已知的热化学方程式叠加，可得待求反应的热化学方程式；

(2)①温度对平衡的影响因素为温度升高，化学平衡向吸热方向移动，如果正向移动，反应物的转化率会升高；

②a．平衡常数表示反应进行的程度，当平衡正向移动时平衡常数增大；

b．达平衡后再充入稀有气体，压强增大，但不影响反应物和生成物的浓度，平衡不移动；

c．反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在进行的过程中，达到平衡前气体总物质的量在不断变化；

d．在恒温恒容的条件下，增大压强，平衡向气体总物质的量减小的方向移动；

③先根据图表计算在0〜3 min内CH3OH的变化浓度，再利用公式v=计算0〜3 min内v(CH3OH)；

④结合平衡状态时各种物质的浓度计算平衡常数K，向上述200℃达到平衡的恒容密闭容器中再加入2 mol CO、2 mol H2、2 mol CH3OH，保持温度不变，根据此时浓度计算Qc=，再比较Qc与K的关系判断平衡移动方向；

(3)甲为恒温恒容，乙为恒温恒压，正反应是气体体积减小的反应，平衡时混合气体物质的量减小，则平衡时甲中压强小于乙中压强，乙中平衡等效为在甲中平衡基础上增大压强，平衡正向移动。

(1)①4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) ΔH1=-1266.6 kJ·mol-1

②H2(g)+O2(g)=H2O(l) △H2=-285.8 kJ·mol-1

③H2O(l)═H2O(g) ΔH3=+44.0 kJ·mol-1

根据盖斯定律计算[①-(②+③)×6]×，得到NH3分解为N2和H2的热化学方程式：2NH3(g)N2(g)+3H2(g) △H=+92.1 kJ/mol；

(2)①由图示可知在恒压条件下，随着温度的升高，CO的转化率降低，说明升高温度平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，所以该反应的正反应为放热反应，△H2＜0；

②a．反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)正方向为放热反应，升高温度平衡逆向移动，化学平衡常数减小，a错误；

b．达平衡后再充入稀有气体，压强增大，但由于反应体系中任何一种物质的浓度不变，所以化学平衡不移动，CO的转化率不变，b错误；

c．反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在进行的过程中，达到平衡前气体总物质的量在不断变化，当容器内气体压强不再变化时，说明混合气体的总物质的量不再改变，反应达到平衡，即反应达到最大限度，c正确；

d．该反应的正反应物是气体体积减小的反应，在恒温恒容的条件下，增大压强，平衡向正方向移动，CO的转化率增大，即图中压强p1＜p2，d正确；

故合理选项是cd；

③根据图示可知：在0〜3 min内H2的物质的量变化4.0 mol，则会同时消耗2.0 mol CO，反应产生2.0 mol CH3OH，则v(CH3OH)= =0.067 mol/(Lmin)；

④由③可知反应在3 min时已经达到平衡状态，此时c(H2)=(8.0-4.0)mol÷10 L=0.4 mol/L，c(CO)=0.2 mol/L，c(CH3OH)=0.2 mol/L，则根据平衡常数含义，可得200℃时平衡常数K==6.25；向上述200℃达到平衡的恒容密闭容器中再加入2 mol CO、2 mol H2、2 mol CH3OH，此时各物质的浓度为c(CO)=0.2 mol/L，c(H2)=0.6 mol/L，c(CH3OH)=0.4 mol/L，保持温度不变，则化学平衡不变，此时Qc==2.78<6.25=K，则此时平衡应向正反应方向移动；

(3)甲为恒温恒容，乙为恒温恒压，由于该反应的正反应是气体体积减小的反应，平衡时混合气体物质的量减小，则平衡时甲中压强小于乙中压强，乙中平衡等效为在甲中平衡基础上增大压强，增大压强，化学平衡正向移动，则乙的SO2的转化率将大于甲的SO2的转化率，若甲容器中SO2的转化率为p%，所以乙中容器中SO2的转化率大于P%，故合理选项是B。