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7.氨是生产硝酸、尿素等物质的重要原料,工业合成氨是最重要的化工生产之一.
(1)氨催化氧化法是工业制硝酸的主要方法.已知:2NO(g)+3H2(g)?2NH3(g)+O2(g)△H1=-272.9 kJ•mol-1,2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H2=-483.6kJ•mol-1,则4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)△H3=-905.0 kJ/mol. 
(2)恒容密闭容器中进行合成氨反应N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H4=-92.4 kJ•mol-1,其化学平衡常数(K)与温度的关系如表:

温度/K
298398498
平衡常数(K)4.1×105K1K2
K1> (填“>”或“<”)K2,其判断理由是反应是放热反应,温度升高,平衡逆向进行,平衡常数减小. 
(3)向氨合成塔中充入10molN2和40mol H2进行氨的合成,一定温度(T)下平衡混合物中氨气的体积分数与压强(p)的关系如图1所示.下列说法正确的是AB(填字母). 
A.由图1可知增大体系压强(p),有利于增大氨气在混合气体中的体积分数 
B.若图1中T=500℃,则温度为450℃时对应的曲线是b 
C.工业上采用500℃温度可有效提高氮气的转化率 
D.当3v(H2)=2v(NH3)时,反应达到平衡状态 
当温度为T、氨气的体积分数为25%时,N2的转化率为50%. 
(4)电化学法是合成氨的一种新方法,其原理如图2所示,通入H2的一极为阳极(填“阴极”或“阳极”),阴极得电极反应式是N2+6H++6e-=2NH3

(5)氨碳比[$\frac{n(N{H}_{3})}{C{O}_{2}}$]对合成尿素的反应:2NH3(g)+CO2(g)?CO(NH22(g)+H2O(g)有影响,T℃时,在一体积为2L地 恒容密闭容器中,将物质的量之和为3mol的NH3和CO2以不同的氨碳比进行反应,结果如图3所示,a,b分别表示CO2或NH3的转化率,c表示平衡体系中尿素的体积分数,$\frac{n(N{H}_{3})}{C{O}_{2}}$=2时,尿素的产量最大;该条件下反应的平衡常数K=40.

分析 (1)依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式;
(2)平衡常数随温度变化,与压强和浓度变化无关,平衡常数变化结合反应一定原理分析判断;
(3)A.由图可知,温度一定时,压强增大氨气的体积分数增大;
B.合成氨是放热反应,压强一定时,降低温度平衡向正反应方向移动,平衡时氨气的体积分数增大;
C.500℃温度时反应速率加快及催化剂活性最好,正反应为放热反应,温度越低,氮气的转化率越高;
D.不同物质表示的正逆速率之比等于化学计量数之比,说明可逆反应到达平衡;
设参加反应的氮气为n mol,则:
           N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)
开始(mol):10    40        0
转化(mol):n     3n        2n
平衡(mol):10-n  40-3n     2n
根据平衡时氨气的体积分数方程式计算n,进而计算氮气的转化率;
(4)通入H2的一极为化合价升高,发生氧化反应,该极为阳极;合成氨的阴极上氮气得到电子生成氨气;
(5)由图可知,横坐标为$\frac{n(N{H}_{3})}{n(C{O}_{2})}$=2时,尿素的体积分数最大,氨气的转化率为80%,以此计算该条件下反应的平衡常数K.

解答 解:(1)已知:
①2NO(g)+3H2(g)?2NH3(g)+O2(g)△H1=-272.9 kJ•mol-1
②2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H2=-483.6kJ•mol-1
由盖斯定律②×3-①×2得到热化学方程式:4NH3(g)+5O2(g)═4NO(g)+6H2O(g)△H=-905.0 kJ/mol,
故答案为:4NH3(g)+5O2(g)═4NO(g)+6H2O(g)△H=-905.0 kJ/mol.
(2)在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H<0,反应是放热反应,依据图表数据分析,温度升高,平衡逆向进行,平衡常数减小,K1>K2
故答案为:>;反应是放热反应,温度升高,平衡逆向进行,平衡常数减小;
(3)A.由图可知,温度一定时,压强增大氨气的体积分数增大,故A正确;
B.图B中T=500℃,合成氨是放热反应,压强一定时,降低温度平衡向正反应方向移动,平衡时氨气的体积分数增大,则温度为450℃时对应的曲线是b,故B正确;
C.500℃温度时反应速率加快及催化剂活性最好,正反应为放热反应,温度越低氮气的转化率越高,高温不利于氮气的转化,故C错误;
D.当 3v(H2)=2v(NH3)时,正逆速率不等,不同物质表示的正逆速率之比等于化学计量数之比,应为2v(H2)=3v(NH3),反应到达平衡,故D错误;
故选:AB;
②设参加反应的氮气为n mol,则:
            N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)
开始(mol):10      40        0
转化(mol):n       3n        2n
平衡(mol):10-n    40-3n     2n
则$\frac{2n}{10-n+40-3n+2n}$×100%=25%,解得n≈5,所以氮气的转化率为$\frac{5mol}{10mol}$×100%=50%,
故答案为:50%;
(4)通入H2的一极为化合价升高,发生氧化反应,该极为阳极;,合成氨的阴极反应为N2+6H++6e-=2NH3
故答案为:阳极;N2+6H++6e-=2NH3
(5)由图可知,横坐标为$\frac{n(N{H}_{3})}{n(C{O}_{2})}$=2时,尿素的体积分数最大,且氨气的转化率为80%,
                                2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH22(g)+H2O(g)
起始浓度(mol.L-1 )   1           0.5                  0                          0
变化浓度(ol.L-1  )  0.8         0.4               0.4                       0.4
平衡浓度(mol.L-1 )   0.2       0.1              0.4                        0.4  
该条件下反应的平衡常数K=$\frac{c(CO(N{H}_{2})_{2}•c({H}_{2}O)}{{c}^{2}(N{H}_{3})•c(C{O}_{2})}$=$\frac{0.4×0.4}{0.{2}^{2}×0.1}$=40,
故答案为:2;40;

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用,化学反应能量变化图象分析,平衡标志、平衡常数和平衡计算的判断计算是解题关键,题目难度中等.

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

9.下列各溶液中一定能大量共存的离子组是(  )
A.使酚酞试液呈红色的溶液中:K+、Na+、SO42-、NO3-
B.使pH试纸呈红色的溶液中:Fe3+、Na+、SCN-、Cl-
C.0.1mol/LNaHCO3溶液中:K+、AlO2-、SO42-、NO3-
D.加入Al粉能产生H2的溶液中:K+、Na+、AlO2-、CO32-

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

10.某工厂的工业废水中含有大量的FeSO4、较多的Cu2+和少量的Na+.为了减少污染并变废为宝,工厂计划从该废水中回收硫酸亚铁和金属铜.简单的实验方案流程图如下,方框和括号内是所需用的物质A~F或操作方法Ⅰ~Ⅲ:

则物质A和操作Ⅱ分别为D
A.NaOH  过滤;      B.Cu   蒸馏;      C.Fe   萃取;        D.Fe   过滤.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

7.不能用金属单质与非金属单质直接化合而得到的物质是(  )
A.FeCl3B.FeCl2C.Fe3O4D.CuCl2

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

2.某校课外小组模拟工业制备纯碱并测定纯碱的纯度,甲、乙两组同学分别进行了下列相关实验.
(1)写出碳酸氢钠受热分解的化学方程式2NaHCO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na2CO3+H2O+CO2↑.
(2)甲组同学利用以下装置制备碳酸氢钠(如图1):
已知:1.反应原理:NaCl+CO2+NH3+H2O═NaHCO3↓+NH4Cl
2.NH3极易溶于水

①图中装置的连接顺序为a接e,b接f,g接h.
②装置B中烧瓶内发生复分解反应的化学方程式为2NH4Cl+Ca(OH)2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl2+2NH3↑+2H2O.
③实验中要求先通入NH3,过量之后再通入CO2
④装置C中盛放的试剂是饱和NaHCO3,其作用是除去二氧化碳中的HCl.
(3)已知实验中得到的Na2CO3中常含有少量NaCl.乙组设计如图2所示装置来测定Na2CO3的含量.
①检验装置F气密性的方法是:塞紧带长颈漏斗的三孔橡胶塞,夹紧弹簧夹后,从漏斗注入一定量的水,使漏斗内的水面高于瓶内的水面,停止加水后静置,若液面不下降,说明装置不漏气.
②装置E中的试剂NaOH溶液,装置G的作用是干燥CO2
③实验中需要测定的数据有固体样品质量和H碱石灰的增重.
④以上实验装置存在明显缺陷,该缺陷导致测定结果偏高,改进的措施是在装置H后增加一个盛有碱石灰的干燥装置.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

12.二氧化碳的捕集、利用与封存(CCUS)是我国能源领域的一个重要战略方向.
(1)CO2经催化加氢可合成低碳烯烃:
2CO2(g)+6H2(g)?C2H4(g)+4H2O(g)
在0.1MPa时,按n(CO2):n(H2)=1:3投料,不同温度(T)下,平衡时的四种气态物质的物质的量(n)的关系如图1所示.则该反应的焓变△H<0(填“>”、“=”或“<”=;曲线c表示的物质为C2H4;随着温度的升高,该反应的化学平衡常数变化趋势是减小(填写“增大”、“不变”或“减小”).
(2)在强酸性的电解质水溶液中,惰性材料做电极,电解CO2可得到多种燃料,其原理如图2所示.则太阳能电池的负极为a(填“a”或“b”)极,电解时,生成丙烯的电极反应式是3CO2+18H++18e-=C3H6+6H2O.
(3)以CO2为原料制取碳黑(C)的太阳能工艺如图3所示.则过程2中发生反应的化学方程式为6FeO(S)+CO2$\frac{\underline{\;700K\;}}{\;}$2Fe3O4(S)+C;过程l中每消耗1mol Fe3O4转移电子的物质的量为2mol.
(4)一定量CO2溶于NaOH溶液中恰好得到25mL0.1000mol/LNa2CO3溶液,在常温下用0.1000mol/L的盐酸对其进行滴定,所得滴定曲线如图4所示.C点所得溶液中各种离子的物质的量浓度由大到小的排列顺序是c(Na+)>c(Cl-)>c(HCO3-)>c(CO32-)>c(OH-)>c(H+).
(5)以NH3与CO2为原料合成尿素[化学式为CO(NH22]的主要反应如下:
①2NH3(g)+CO2(g)=NH2CO2NH4(s)△H=-159.5kJ/mol
②NH2CO2NH4(s)?CO(NH22(s)+H2O(g)△H=+116.5kJ/mol
③H2O(l)=H2O(g)△H=+44.0kJ/mol
则CO2与NH3合成尿素和液态水的热化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)=CO(NH22(s)+H2O(l)△H=-87.0KJ/mol;

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

19.Ⅰ.工业上主要以甲醇为原料进行制备甲醛(HCHO).
甲醇氧化法是制甲醛的一种工业方法,即甲醇蒸汽和空气在铁钼催化剂催化下,甲醇即被氧化得到甲醛:①CH3OH(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═HCHO(g)+H2O(l)△H
甲醇氧化法中存在深度氧化反应:②HCHO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)═CO(g)+H2O(l)
已知物质CH3OH(g)与HCHO(g)的燃烧热如表所示:
物质反应热/kJ•mol-1
CH3OH (g)-726.5
HCHO (g)-570.8
(1)计算△H=-155.7kJ•mol-1
(2)目前工业上主要采用甲醇氧化法制取甲醛,简要分析该方法的优点与缺点:反应平衡常数大,反应更彻底,但是存在副反应.
(3)如图为甲醇氧化法,在不同温度条件下甲醇转化率与甲醛产率的曲线图,二者随温度变化的可能的原因是反应温度较低时催化剂活性较低,甲醇转化率低,甲醛产率较低;反应温度升高后,甲醇转化率提高,但是发生副反应,产率反而下降.
Ⅱ.甲醇直接燃料电池简称DMFC,使用酸性介质,反应温度在120℃,额定输出电压为1.18V.
(4)该电池负极的电极反应式为CH3OH-6e-+H2O═CO2+6H+
(5)该燃料电池的能量转换效率=94.1%(列式并计算,保留3位有效数字)
(已知:能量转换效率=燃料电池输出的电能/燃料直接燃烧产生的热能;1mol 电子的电量为96500C.)

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

16.甲醇是重要的化工原料.利用合成气(主要成分CO,CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇,发生主要反应如下:
?CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)?CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
甲醇与CO的结构式分别如图:

(1)已知反应?中相关化学键键能数据如表:
化学键H-HC-OC≡OH-OC-H
键能(kJ.mol-14363431076465413
利用反应?合成1mol甲醇反应放出(填“放出”或“吸收”)能量99kJ
(2)温度为110℃条件下,向体积2L的密闭容器充2molCO2与4molH2,发生反应?,10min后达到平衡状态后测得甲醇浓度为0.5mol.L-1.求氢气的反应速率:0.15mol/(L•min).
(3)将甲醇与氧气分别通入如图所示的装置的电极中,可构成甲醇燃料电池,请回答下列问题:
通入甲醇的电极是负(填“正”或“负”)极,反应时该电极附近的现象是溶液红色变浅,溶液中K+向正(填“正”或“负”)极移动:写出正极反应式:O2+2H2O+4e-=4OH-;若电池工作过程中通过2mol电子,则理论上消耗O211.2L(标准状况).

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

17.最近几年雾霾天气多次肆虐我国中东部地区.其中,汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一.
(1)汽车尾气净化的主要原理为:2NO(g)+2CO(g)$\stackrel{催化剂}{?}$2CO2(g)+N2(g),在密闭容器中发生该反应时,c(CO2)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线,如1图所示.据此判断:

①该反应的△H<0(选填“>”、“<”).
②当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高化学反应速率.若催化剂的表面积S1>S2,在图中画出c(CO2)在T2、S2条件下达到平衡过程中的变化曲线.
③研究表明在紫外线照射下,由于TiO2的催化作用,空气中的某些物质会产生OH自由基,如图2所示,OH与NO2反应为NO2+OH=HNO3,写出NO与OH反应的化学方程式NO+3OH═HNO3+H2O.
(2)直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题.
①煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物,用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染.
例如:
CH4(g)+2NO2(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)△H=-867kJ/mol
2NO2(g)?N2O4(g)△H=-56.9kJ/mol
H2O(g)=H2O(l)△H=-44kJ/mol
写出CH4(g)催化还原N2O4(g)生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式:CH4(g)+N2O4(g)=N2(g)+CO2(g)+2H2O(l),△H=-898.1kJ/mol.
②将煤燃烧产生的二氧化碳回收利用,可达到低碳排放的目的.NH3与CO2在120℃,催化剂作用下反应生成尿素:CO2(g)+2NH3(g)?(NH22CO(s)+H2O(g).现将物质的量为1:1的NH3与CO2混合在密闭固体容器中反应,平衡后,NH3的体积分数为20%,则NH3的平衡转化率为75%.
③25℃时,将amol•L-1的氨水与b mol•L-1盐酸等体积混合,反应后溶液恰好显中性,用a、b表示NH3•H2O的电离平衡常数为$\frac{b×1{0}^{-7}}{a-b}$.

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