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9.氨的合成是最重要的化工生产之一.
(1)工业上可用甲烷与水反应得到合成氨用的H2:其热化学反应方程式为CH4(g)+H2O(g)$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO(g)+3H2(g)△H4,已知有关反应的能量变化如图1所示:

则△H4=(a+3c-b)kJ•mol-1(用a、b、c表示)
(2)在2个恒压的密闭容器中,同温度下、使用相同催化剂分别进行反应:3H2(g)+N2(g)$?_{催化剂}^{高温高压}$2NH3(g),按不同方式投入反应物,保持恒温,反应达到平衡时有关数据为:
容 器
反应物投入量3mol H2、2mol N26mol H2、4mol N2
达到平衡的时间(min)        t5
平衡时N2的浓度(mol•L-13c
①甲容器达到平衡所需要的时间t=5min(填“>”、“<”或“=”,下同);乙容器达到平衡时N2的浓度c=3mol•L-1
②图2中虚线为该反应在使用催化剂条件下,关于起始N2与H2投料比和H2平衡转化率的关系图.当其他条件完全相同时,用实线画出不使用催化剂情况下H2平衡转化率的示意图.

分析 (1)图1中各反应的热化学方程式为:
①CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=CO2(g)△H=-akJ/mol
②CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-bkJ/mol
③H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=H2O(g)△H=-ckJ/mol
由盖斯定律②-③×3-①得到:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2 (g),焓变也进行相应的计算;
(2)①在2个恒压的密闭容器中,且温度相同,则甲、乙中对应各组分的浓度相等,故反应速率相等;二者为等效平衡,平衡时对应各组分的浓度相同;
②催化剂加快反应速率,缩短到达平衡的时间,不影响平衡移动,氢气的转化率不变,即不使用催化剂到达平衡时间较长.

解答 解:(1)图1中各反应的热化学方程式为:
①CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=CO2(g)△H=-akJ/mol
②CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△H=-bkJ/mol
③H2(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)=H2O(g)△H=-ckJ/mol
由盖斯定律②-③×3-①得到:CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2 (g),故△H4=(a+3c-b)kJ•mol-1
故答案为:(a+3c-b)kJ•mol-1
(2)①在2个恒压的密闭容器中,且温度相同,则甲、乙中对应各组分的浓度相等,故反应速率相等,即甲容器达到平衡所需要的时间t=5min;二者为等效平衡,平衡时对应各组分的浓度相同,即乙容器达到平衡时N2的浓度c=3mol•L-1
故答案为:=;=;
②催化剂加快反应速率,缩短到达平衡的时间,不影响平衡移动,氢气的转化率不变,即不使用催化剂到达平衡时间较长,用实线画出不使用催化剂情况下H2平衡转化率的示意图为:
故答案为:

点评 本题属于拼合型题目,涉及运用盖斯定律计算反应热、等效平衡、催化剂对平衡移动与化学反应速率的影响等,需要学生具备扎实的基础与分析解决问题能力,难度中等.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

5.下列叙述正确的是(  )
A.室温下pH=7的CH3COOH与CH3COONa的混合液中离子浓度大小顺序为:c(Na+)>c(CH3COO-)>c(H+)=c(OH-
B.分别向2支试管中加入相同体积不同浓度的H2O2溶液,再向其1支加入少量MnO2,可以研究催化剂对H2O2分解速率的影响
C.热稳定性:HF>HC1>HBr>HI
D.中和pH与体积均相同的盐酸和醋酸溶液消耗NaOH的物质的量相等

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科目:高中化学 来源: 题型:填空题

20.回答下列问题.
工业废水中常含有一定量的Cr2O72-和CrO42-,它们会对人类及生态系统产生很大的伤害,必须进行处理.常用的处理方法有还原沉淀法,该法的工艺流程为:

其中第①步存在平衡:2CrO42-(黄色)+2H+═Cr2O72-(橙色)+H2O
(1)若平衡体系的pH=2,则溶液显橙色.
(2)能说明第①步反应达平衡状态的是C.
A.Cr2O72-和CrO42-的浓度相同  
B.2v (CrO42-)=v (Cr2O72-) 
C.溶液的颜色不变
(3)第②步中,还原1mol Cr2O72-离子,需要6mol的FeSO4•7H2O.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

17.下列说法正确的是(  )
A.碱金属单质的密度随着原子序数的增大而增大
B.碱金属单质都是银白色金属
C.在周期表中金属与非金属的分界处,可以找到半导体材料
D.所有气体单质都含有非极性键

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

4.NA代表阿伏加德罗常数,下列说法不正确的是(  )
A.10g D2O中含有的电子数为5 NA
B.1mol C3H8分子中共价键总数为10 NA
C.92g NO2和N2O4混合气体中含有原子数为3 NA
D.65gZn全部溶解在一定浓度的硝酸溶液中,有NO生成,则转移的电子数为2NA

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

14.氮化硅(Si3N4)是一种新型陶瓷材料,它可由石英与焦炭在高温的氮气流中,通过以下反应制得:
□SiO2(s)+□C(s)+□N2(g)$\stackrel{高温}{?}$□Si3N4(s)+□CO(g)
(1)配平反应中各物质的化学计量数,已知生成1mol氮化硅(Si3N4)放出1591.2kJ的热量,该反应每转移1mole-,放出132kJ的热量.
(2)该反应的氧化剂是N2,其还原产物是Si3N4
(3)上述反应进程中能量变化示意图如图甲,试在图象中用虚线表示在反应中使用催化剂后能量的变化情况.

(4)该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{{c}^{6}(CO)}{c({N}_{2})}$.升高温度,其平衡常数减小(选填“增大”、“减小”或“不变”).
(5)该化学反应速率与反应时间的关系如图乙所示,t2时引起v(正)突变、v(逆)渐变的原因是增大了氮气的浓度,t3引起变化的因素为加入(使用)了(正)催化剂,t5时引起v(逆)大变化、v(正)小变化的原因是升高温度或缩小容器体积.
(6)利用图丙装置,可以模拟铁的电化学防护.若X为碳棒,为减缓铁的腐蚀,开关K应置于N处.
若X为锌,开关K置于M处,该电化学防护法称为牺牲阳极的阴极保护法.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

1.X、Y和Z均为短周期元素,原子序数依次增大,常温下X的单质为密度最小的气体,Y原子最外层电子数是其周期数的3倍,Z与X原子最外层电子数相同.请回答下列问题:
(1)X元素符号为H;Y的原子结构示意图是;Z的电子式是
(2)由上述元素组成的化合物中,既含有共价键又含有离子键的有NaOH、Na2O2
(3)X和Y组成的化合物中,既含有极性共价键又含有非极性共价键的是H2O2.此化合物在酸性条件下与高锰酸钾反应的离子方程式为5H2O2+2MnO4-+6H+═2Mn2++8H2O+5O2↑;此化合物还可将碱性工业废水中的CN-氧化为碳酸根离子和氨气,相应的离子方程式为H2O2+CN-+OH-═CO32-+NH3 ↑.

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18.下列说法正确的是(  )
A.配制氯化铁溶液时,先将氯化铁溶于较浓盐酸,再用蒸馏水稀释并加入少量铁粉
B.试管里加入少量淀粉,再加入一定量稀硫酸,加热3~4分钟,然后加入银氨溶液,片刻后管壁上有“银镜”出现
C.氢氧化钠沾到皮肤上,先用大量水冲洗,再用2%醋酸溶液或饱和硼酸溶液洗,最后用水冲洗
D.为了减少实验误差,中和滴定用的锥形瓶必须洗净并烘干后使用

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

19.化学无处不在,下列与化学有关的说法正确的是(  )
A.蛋白质、纤维素和油脂都属于天然高分子化合物
B.侯氏制碱法的工艺过程中应用了物质溶解度的差异
C.铁是人体必须的微量元素,所以要多吃含Fe3+的食物
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