Question

碳和氮的氢化物是广泛的化工原料，回答下列问题：

（1）工业上合成氨的反应为N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)   △H=-92.2kJ/mol，反应过程中能量变化如图I所示。

①氨分【解析】
2NH₃(g)N₂(g)+3H₂(g)的活化能为_________kJ/mol

②合成氨时加入铁粉可以加快生成NH₃的速率，在图I中画出加入铁粉后的能量变化曲线。_______

（2）联氨作火箭燃料的反应为：2N₂H₄(l)+N₂O₄(l)=3N₂(g)+4H₂O(g) △H₁

已知：2O₂(g)+N₂(g)=N₂O₄(1) △H₂    N₂H₄(1)+O₂(g)=N₂(g)+2H₂O(g)   △H₃

上述热效应之间的关系式为△H₁=____。某新型火箭用液氧/煤油代替联氨/N₂O₄，这种替换可能的好处是___（一条即可）。

（3）天然气制氢气是工业上制氢气的主要方法之一，其主要反应如下：

i．CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)    ΔH=-+206.4kJ/mol，

ii．CO(g)+ H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)    ΔH=-41.0kJ/mol

在一定温度下，2L的密闭容器中加入a molCH₄和2amolH₂O发生反应，t min时反应达平衡，测得容器内CObmol、CO₂cmol。回答下列问题：

①下列可判断体系达到平衡状态的是_______。

A．CO的体积分数不变   B．容器内气体密度不变  C．3v(CH₄)=v(H₂)  D．不再变化

②0~tmin反应速率v(CO₂)=_____，CH₄的的转化率为_____，反应ⅱ的平衡常数K=______。

③图Ⅱ中T℃之后c(CO₂)随温度升高而减小的原因是_________。

Answer

427.7 2△H3-△H2 环境污染小（或成本低） AD mol/(L·min) ×100% T℃之后，反应②为放热反应，升高温度反应②向逆反应方向移动是影响c（CO2）的主要因素，故c（CO2）减小

【解析】

(1)①放热反应的反应热△H=—（Ea2—Ea1）；

②催化剂可以降低反应的活化能，增大反应速率，即Ea、Ea1均减小，但反应热不变；

（2）依据盖斯定律计算可得；液氧/煤油所用原料成本低，无毒；

（3）①反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质浓度或百分含量保持不变；

②依据题给数据，建立三段式，结合速率、转化率和化学平衡常数表达式计算可得；

③反应i为吸热反应，反应ii为放热反应，由图Ⅱ可知T℃时反应达到平衡，升高温度，反应i向正反应方向移动，一氧化碳浓度增大，反应ii向逆反应方向移动，温度对c（CO2）的影响大于浓度的影响。

(1)①放热反应的反应热△H=—（Ea2—Ea1），由图可知Ea1=335.0 kJ/mol，则合成氨反应△H=—（Ea2—335.0 kJ/mol）=—92.2kJ/mol，Ea2=427.2 kJ/mol，即2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能为427.2 kJ/mol，故答案为427.2；

②催化剂可以降低反应的活化能，增大反应速率，即Ea、Ea1均减小，但反应热不变，则加入铁粉后的能量变化曲线为，故答案为；

（2）将题给反应依次编号为①②③，由盖斯定律可知③×2—②=①，则△H1=2△H3-△H2；用液氧/煤油代替联氨/N2O4的主要原因是液氧/煤油所用原料成本低，无毒，对环境污染小，故答案为2△H3-△H2；环境污染小；

（3）①A、CO的体积分数不变，说明正反应速率等于逆反应速率，该反应已达平衡状态，故正确；

B、根据质量守恒定律，平衡前后气体质量是不变的，在恒温恒容密闭体系中，整个反应过程混合气体的密度始终是不变的，不可作为判断体系达到平衡状态的判据，故错误；

C、3v(CH4)=v(H2)不能说明正反应速率等于逆反应速率，不可作为判断体系达到平衡状态的判据，故错误；

D、不再变化，说明在恒温恒容密闭体系中CO和H2的浓度不在变化，该反应已达平衡状态，故正确；

AD正确，故答案为AD；

②设反应i生成一氧化碳的物质的量为x，由题给条件建立如下三段式：

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

起（mol） a 2a 0 0

变（mol） x x x 3x

平（mol） a—x 2a—x x 3x

CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+H2(g)

起（mol） x 2a—x 0 3x

变（mol） c c c c

平（mol） x—c 2a—x—c c 3x+c

0～tmin内，生成CO2的物质的量为cmol，浓度的变化量为 mol/L，则反应速率v(CO2)= mol/(L·min)；由题意可知一氧化碳的物质的量为bmol，则有x—c=b，x=c+b，CH4的转化率为×100%；平衡时，c（CO）为 mol/L，c（H2O）为 mol/L，c（CO2）为mol/L，c（H2O）为mol/L，反应ⅱ的平衡常数K===，故答案为mol/(L·min)；×100%；；

③反应i为吸热反应，反应ii为放热反应，由图Ⅱ可知T℃时反应达到平衡，升高温度，反应i向正反应方向移动，一氧化碳浓度增大，使二氧化碳浓度有增大的趋势，反应ii向逆反应方向移动，使二氧化碳浓度有减小的趋势，由于温度对c（CO2）的影响大于浓度的影响，所以c(CO2)随温度升高而减小，故答案为T℃之后，反应②为放热反应，升高温度反应②向逆反应方向移动是影响c（CO2）的主要因素，故c（CO2）减小。