精英家教网 > 高中化学 > 题目详情
5.氮是地球上含量丰富的一种元素,“固氮”在工农业生产中有着重要作用,是几百年来科学家一直研究的课题.表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值.
反应大气固氮
N2(g)+O2(g)?2NO(g)
工业固氮
N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)
温度/℃27200025400450
K3.84×10-310.15×10-82×1047×103
(1)①分析数据可知:大气固氮反应属于吸热(填“吸热”或“放热”)反应.
②在一定温度下,将一定足的N2和O2通入到体积为1L的密闭容器中,当“大气固氮”反应达到平衡后,改变下列条件,能使平衡向正反应方向移动且平衡常数不变的是b.
a.增大压强    b.增大反应物的浓度     c.使用催化剂   d.升高温度
③从分子结构角度解释“大气固氮”和“工业固氮”反应的活化能都很高的原因:氮气分子中N≡N键能很大,断开N≡N需要吸收较高能量.
(2)分析表格数据可知“大气固氮”的反应正向进行的程度小,不适合大规模生产,故世界各国均采用合成氨的方法进行工业固氮.
①从平衡移动角度考虑,工业固氮应该选择常温条件,但实际工业生产却选择500℃左右的高温,解释其原因从反应速率角度考虑,高温更好,但从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适.

②将0.1molN2和0.1molH2通入一容积可变的容器中进行工业固氮反应,则下图所示N2的平衡转化率在不同压强(P1,P2)下随温度变化的曲线正确的是A(填“A”或“B”);比较P1、P2的大小关系 р2>р1;若300℃、压强P2时达到平衡,容器容积恰为100L,则此状态下反应的平衡常数K=1.3×l05 (计算结果保留2位有效数字).
③合成氨反应达到平衡后,t1时刻氮气浓度欲发生图C变化可采取的措施是容器容积不变条件下移走适量氨气,降低氨气的浓度.
(3)近年近年,又有科学家提出在常温、常压、催化剂等条件下合成氨气的新思路,
反应原理为:2N2(g)+6H2O(l)?4NH3(g)+3O2(g),则其反应热△H=+1530 kJ•mol-1
(已知:
N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H1=-92.4kJ•mol-1
2H2(g)+O2(g)?2H2O(l)△H2=-571.6kJ•mol-1 )

分析 (1)①温度越高,K越大,说明升高温度,平衡正移;
②a.增大压强,平衡不移动;    
b.增大反应物的浓度,平衡正向移动,但平衡常数不变;     
c.使用催化剂,平衡正向移动;
 d.升高温度,平衡正向移动,平衡常数变大;
③从氮气的分子结构分析解答;
(2)①合成氨反应中,在500℃左右催化剂活性最高;
②合成氨反应为放热反应,升高温度,转化率减小;增大压强平衡正向移动,转化率增大;平衡常数等于平衡时生成物浓度幂之积比上反应物浓度幂之积,代入进行计算;
③由可知氨气的浓度瞬间减小,所以应是容器容积不变条件下移走适量氨气,降低氨气的浓度;
(3)已知:①N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1
②2H2(g)+O2(g)?2H2O(l)△H=-571.6kJ•mol-1
由盖斯定律:①×2-②×3得2N2(g)+6H2O(l)?4NH3(g)+3O2(g),据此分析.

解答 解:(1)①由表格数据可知,温度越高,K越大,说明升高温度,平衡正移,则正反应方向为吸热反应,故答案为:吸热;
②a.增大压强,平衡不移动,不符合题意,故不选;    
b.增大反应物的浓度,平衡正向移动,但平衡常数不变,故选;     
c.使用催化剂,平衡正向移动,不符合题意,故不选;
 d.升高温度,平衡正向移动,平衡常数变大,不符合题意,故不选;
故选b;
 ③氮气分子中N≡N键能很大,断开N≡N需要吸收较高能量,所以大气固氮”和“工业固氮”反应的活化能都很高,故答案为:氮气分子中N≡N键能很大,断开N≡N需要吸收较高能量;
(2)①成氨反应中,反应温度越高,反应速率越快,但是该反应为放热反应,温度高转化率会降低,而且在500℃左右催化剂活性最高,所以从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适;
故答案为:从反应速率角度考虑,高温更好,但从催化剂活性等综合因素考虑选择500℃左右合适;
 ②合成氨反应为放热反应,升高温度,转化率减小,所以图A正确,B错误;该反应正方向为体积减小的方向,增大压强平衡正向移动,转化率增大,р2的转化率大,则р2大;
      N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)
c(初) 10-3 10-3              0     
c(变) 10-4    3×10-4 2×10-4
c(平) 9×10-4 7×10-4 2×10-4
,所以K=$\frac{({2×1{0}^{-4})}^{2}}{9×1{0}^{-4}×(7×1{0}^{-4})^{3}}$=1.3×l05,故答案为:A;р2>р1;1.3×l05
③由可知氨气的浓度瞬间减小,所以应是容器容积不变条件下移走适量氨气,降低氨气的浓度,故答案为:容器容积不变条件下移走适量氨气,降低氨气的浓度;
(3)已知:①N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1
②2H2(g)+O2(g)?2H2O(l)△H=-571.6kJ•mol-1
由盖斯定律:①×2-②×3得2N2(g)+6H2O(l)?4NH3(g)+3O2(g),△H=(-92.4kJ•mol-1)×2-(-571.6kJ•mol-1)×3=+1530 kJ•mol-1
故答案为:+1530 kJ•mol-1

点评 本题考查了平衡常数的应用、合成氨反应的条件选择、影响化学平衡的因素、电解原理的应用、盖斯定律的应用等,题目难度中等,侧重于基础知识的综合应用考查,注意把握K与温度的关系以及影响化学平衡的因素.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

15.在强酸性的无色透明溶液中,能大量共存的离子组是(  )
A.NH4+、Al3+、NO3-、Cl-B.Na+、NO3-、K+、CH3COO-
C.Na+、MnO4-、SO42-、K+D.HCO3-、Cl-、K+、SO42-

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

16.下列关于苯酚的叙述中,正确的是(  )
A.呈弱酸性,使石蕊试液显浅红色
B.分子中的13个原子有可能处于同一平面
C.可以和NaHCO3溶液反应产生气体
D.能与FeCl3溶液反应生成紫色沉淀

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:解答题

13.甲醇(CH3OH)是一种基础有机化工原料和优质燃料.利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇,主反应如下:
①CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H1=-99kJ•mol-1
②CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H2
③CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)△H3=+41kJ•mol-1
副反应有:2CH3OH(g)?CH3OCH3(g)+H2O(g)   …
(1)甲醇分子中各原子半径从大到小的顺序为r(C)>(O)>r(H).
(2)△H2=-58kJ•mol-1
(3)将上述合成甲醇的反应设计成如图1所示的两条途径,其中X为2H2

(4)对主反应①进行实验探究.
当CO与H2投料比为1:2时,测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图2所示.
①图中对应点的平衡常数Ka、Kb、Kc大小关系为Ka>Kb=Kc
②反应在恒温、恒容下进行,以下说法可以作为判断反应达到平衡状态的是BC(填标号).
A.混合气体的密度不变
B.反应容器中气体压强不再变化
C.混合气体的平均相对分子质量不变
D.生成CH3OH速率是生成H2速率的2倍
③将l molCO和2molH2通入1L密闭容器中,在300℃下,达到平衡时CO的转化率为90%,则平衡常数K为225.
(5)在探究主反应①过程中发现若合成气只有CO和H2,则可能出现以下状况.
①会有较多的副产品CH3OCH3生成
②形成积碳(有机物碳化覆盖催化剂表面)
但加入适量的CO2,则可减少上述状况.试解释
①CO2与H2反应生成H2O能抑制CH3OCH3的生成
②C+CO2$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CO(用化学方程式表示)

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

20.设NA为阿伏加德罗常数的值,下列说法正确的是(  )
A.通常状况下,NA个N2所占的体积约为22.4L
B.1L1mol•L-1NaOH水溶液中含有的氧原子数为NA
C.足量Na与1molCl2完全反应,转移电子的数目为2NA
D.1mol Na2O2中含有的阴离子数为2NA

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

10.设NA为阿伏加德罗常数的值.下列说法正确的是(  )
A.l04g苯乙烯(C6H5-CH=CH2)中含有8NA的碳氢键和4NA的碳碳双键
B.在50g质量分数为46%的乙醇水溶液中,含有氢原子数为3NA
C.lmol有机物CH3-CH=CH-CH2-CH3中最多有9NA个原子在同一平面上
D.80℃时,pH=13的Ba(OH)2溶液中含有的OH-数目为0.2NA

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

4.下列物质不属于硅酸盐产品的是(  )
A.青花瓷B.水泥C.石英D.玻璃

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

1.设NA表示阿伏加德罗常数的值,下列说法中不正确的是(  )
A.1 mol NH4+ 所含质子数为10NA
B.20 g氖气所含原子数约为6.02×1023
C.标准状况下,22.4 L SO2所含的分子数为NA
D.常温常压下,32 g O2和O3的混合气体所含原子数为2NA

查看答案和解析>>

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

2.下列关于烷烃性质的叙述中,不正确的是(  )
A.烷烃同系物随着相对分子质量增大,熔点、沸点逐渐升高
B.烷烃都能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色
C.烷烃跟卤素单质在光照条件下能发生取代反应
D.烷烃同系物的密度随着相对分子质量的增大逐渐增大

查看答案和解析>>

同步练习册答案