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：

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 1

（16分）（1）0.080mol/(L·min) （3分，单位漏扣1分）
（2）（共5分）解：依题意，平衡时H₂的浓度为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      （1分）
K===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，代入数值不带单位不扣分，有效数字错误扣1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，不标注温度扣1分直至0分，）

（4）CO(g)+H₂O(g)==CO₂(g)+H₂(g) ΔH="+2.8" 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）读图可知，氢气的物质的量从4.0mol减小到1.6mol，则v(H₂)====0.080mol/(L?min)，注意要保留两位有效数字；（2）图中氢气平衡时的物质的量为1.0mol，由于c=n/V，则氢气的平衡浓度为0.10mol/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      （1分）
K===2.0×10² (L/mol)²
（3）焓变小于0，说明合成氨是放热反应，其它条件相同时，降低温度，反应速率减小，平衡向正反应方向移动，则达到平衡的时间比原平衡时增大，平衡时氢气的物质的量比原平衡时减小，由此可以画出T₂时氢气的物质的量随反应时间变化的曲线；（4）先给已知反应编号为①②，观察可知，反应①—②可以约去1/2O₂(g)，根据盖斯定律可得：CO(g)+H₂O(g)==CO₂(g)+H₂(g) ΔH="+2.8" kJ/mol；（5）由于正反应是气体体积减小的放热反应，根据外界条件对平衡移动的影响规律，降低温度、增大醋酸二氨合铜（I）或氨气的浓度、减小CH₃COO[Cu(NH₃)₃]?CO的浓度或及时移走CH₃COO[Cu(NH₃)₃]?CO，都能使平衡右移，上述措施可以提高CO吸收率。
考点：考查化学反应原理，涉及平均反应速率计算、化学平衡常数计算、画出温度对反应速率和平衡移动的影响图像、热化学方程式的书写、盖斯定律、外界条件对平衡移动的影响等。