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I.科学家一直致力于“人工固氮”的方法研究。目前合成氨的技术原理为氮气和氢气在高温高压催化剂条件下生成氨气,一定条件下,向一个2L的密闭容器中充入2molN2和6molH2,反应达平衡时生成NH3的浓度为0.5mol/L,并放出QkJ热量,该反应的热化学方程式可表示为______。

II.已知:N2O4(g)2NO2(g)  △H=+57.20kJ/mol。

在1000C时,将0.100molN2O4气体充入lL恒容抽空的密闭容器中,每隔一定时间对该容器内的物质浓度进行分析得到下表数据:

时间(s)

0

20

40

60

80

c(N2O4)/mol

0.100

c1

0.050

c3

c4

c(NO2)/mol

0.000

0.060

c2

0.120

0.120

 

(1)该反应的平衡常数表达式为______;从表中数据分析:c1 ______c2、c3______c4(选填“>”、“<”或“=”)。

(2)在右图中画出并标明此反应中N2O4和NO2的浓度随时间变化的曲线。

(3)在上述条件下,从反应开始至达到化学平衡时,四氧化二氮的平均反应速率为______。

(4)若起始时充入NO2气体0.200mol,则达到平衡时NO2 气体的转化率为______;其它条件不变时,下列措施能提高NO2转化率的是______ (填字母)。

A.减小NO2的浓度   B.降低温度       C.增加NO2的浓度

D.升高温度       E.再充入一定量的He

(5)向容积相同、温度分别为T1和T1的两个密闭容器中分别充入等量NO2,发生反应:2NO2 N2O4(g) (g)  △H=-57.20kJ/mol。恒温恒容下反应相同时间后,分别测得体系中NO2的百分含量分别为a1和a2。巳知T1<T2,则a1____a2 (选择A、B、C、D填空)。

A.大于     B.小于     C.等于    D.以上都有可能

 

【答案】

.(14分)Ⅰ. N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  △H=-2QkJ/mol(2分)

Ⅱ. (1)K=; <;    =  (每空1分,共3分)

(2)       (2分)

(3) 0.001mol/(L·s)(1分)(4) 40% (2分) B C(2分)  (5) D(2分)

【解析】

试题分析:Ⅰ.反应达平衡时生成NH3的浓度为0.5mol/L,并放出QkJ热量,即生成0.5mol/L×2L=1mol氨气时放出QkJ热量,所以该反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  △H=-2QkJ/mol。

Ⅱ.(1)化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值,所以根据方程式可知,该反应的平衡常数K=;根据表中数据可知,20s时生成NO2是0.060mol,则根据方程式可知,消耗N2O4的物质的量是0.030mol,因此c1=0.100mol-0.030mol=0.070mol。反应由20s进行到40s时消耗N2O4是0.070mol-0.050mol=0.020mol.根据方程式可知,生成NO2是0.040mol,所以c2=0.060mol+0.040mol=0.100mol,所以c1<c2;反应进行到60s时反应达到平衡状态,所以c3=c4

(2)根据表中数据可知,平衡时生成NO2是0.120mol,所以消耗N2O4是0.060mol,则N2O4的平衡量是0.040mol,所以此反应中N2O4和NO2的浓度随时间变化的曲线为

(3)从反应开始至达到化学平衡时,四氧化二氮的平均反应速率为=0.001mol/(L·s)。

(4)               2NO2(g)N2O4(g)

起始浓度(mol/L)   0.200         0

转化浓度(mol/L)   2x           x

平衡浓度(mol/L)  0.200-2x     x

则该反应的平衡常数=

由于逆反应的平衡常数是正反应平衡常数的倒数,所以,解得x=0.04,所以NO2的转化率=×100%=40%;

A、减小NO2的浓度,相当于降低压强,平衡向逆反应方向移动,NO2转化率降低,A不正确;B、反应放热,降低温度平衡向正反应方向移动,NO2转化率增大,B正确;C、增加NO2的浓度,相当于增大压强,平衡向正反应方向移动,NO2转化率增大,C正确;D、升高温度,平衡向平衡向逆反应方向移动,NO2转化率降低,D不正确;E、再充入一定量的He,平衡不移动,E不正确,答案选BC。

(5)升高温度平衡向逆反应进行,平衡时二氧化氮的含量增大,温度越高反应速率越快,到达平衡的时间越短,据此作出二氧化氮含量与时间关系图为,由图可知,t1时刻a1=a2,t1时刻之前a1>a2,t1时刻之后a1<a2,故答案为D。

考点:考查热化学方程式的书写;反应速率和平衡常数的有关计算;外界条件对平衡状态的影响等

 

练习册系列答案
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科目:高中化学 来源: 题型:

(2010?聊城二模)I.科学家一直致力于“人工固氮”的新方法研究.
(l)目前合成氨技术原理为:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.4kJ/mol
如图表示工业合成氨反应在某一段时间中反应速率与反应过程的关系曲线图:
①氢化物的体积分数最高的一段时间为
t0~t1
t0~t1
;t1时刻改变的反应条件是
升温
升温

②NH3极易溶于水,其水溶液俗称氨水.用水稀释0.1mol/L的氨水,溶液中随着水量的增加而减小的是
bd
bd
        (填序号).
a.
c(NH4+)?c(OH-)
c(NH3?H2O)
b.
c(NH3?H2O)
c(OH-)
c.c(H+).c(OH-)d.
c(OH-)
c(H+)
  
(2)1998年希腊亚里士多德大学的两位科学家采用高质子导电性的SCY冉瓷(能传递H+),实现了高温常压下利用
N2和H2电解合成氨.其阴极的电极反应式
N2+6H++6e-=2NH3
N2+6H++6e-=2NH3

(3)根据最新“人工固氮”的研究报道,在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生下列反应:2N2(g)+6H2O(1)?4NH3(g)+3O2(g)△H=akJ/mol  进一步研究NH3生成量与温度的关系,常压下达到平衡时测得部分实验数据如下表
T/K 303 313 323
NH3生成量/(10-6mol) 4.8 5.9 6.0
①此合成反应的a
  0,△S
   0,(填“>”“<”或“=”).
②已知:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.4kJ/mol;2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-571.6kJ/mol 则2N2(g)+6H2O(g)=4NH3(g)+3O2(g)△H=
+l530kJ/mol
+l530kJ/mol

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科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法.曾有实验报道:在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生反应,生成的主要产物为NH3.进一步研究NH3生成量与温度的关系,部分实验数据见下表(光照、N2压力1.0×105 Pa、反应时间3h):
T/K 303 313 323 353
NH3生成量/(10-6 mol) 4.8 5.9 6.0 2.0
相应的化学方程式:N2(g)+3H2O(l)?2NH3(g)+
3
2
O2(g)△H=+765.2kJ?mol-1
回答下列问题:
(1)该反应在较低温度下能否自发进行?
 

(2)从323K到353K,氨气的生成量减少的原因
 

(3)请画出上述反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图1,并进行必要标注;
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(4)工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)?2NH3(g).设在容积为2.0L的密闭容器中充入0.60mol N2(g)和1.60mol H2(g),反应在一定条件下达到平衡时,NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为
4
7
.该条件下反应2NH3(g)?N2(g)+3H2(g)的平衡常数为
 

(5)利用N2和H2可以实验NH3的工业合成,而氨又可以进一步制备硝酸,在工业上一般可进行连续生产.请回答下列问题:
已知:N2(g)+O2(g)═2NO(g)△H=+180.5kJ?mol-1
N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)△H=-92.4kJ?mol-1
2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-483.6kJ?mol-1
则氨气经催化氧化生成一氧化氮气体和水蒸气的热化学方程式为
 

(6)对反应N2O4(g)?2NO2(g),在温度分别为T1、T2时,平衡体系中NO2的体积分数随压强变化曲线如图2所示.下列说法正确的是
 

A.A、C两点的反应速率:A>C
B.B、C两点的气体的平均相对分子质量:B<C
C.A、C两点气体的颜色:A深,C浅
D.由状态B到状态A,可以用加热的方法
(7)现以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成的燃料电池,采用电解法制备N2O5,装置如图3所示,其中Y为CO2.写出石墨I电极上发生反应的电极反应式
 
;在电解池中生成1molN2O5转移电子的物质的量为
 

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科目:高中化学 来源: 题型:阅读理解

(14分)I.科学家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。

    (1)根据最新“人工固氮”的研究报道,在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生下列反应:2N2 (g)+6H2O (l)4NH3 (g)+3O2 (g)     ΔHa kJ·mol1

进一步研究NH3生成量与温度的关系,常压下达到平衡时测得部分实验数据如下表:

温度 T/K

303

313

323

NH3生成量/(106 mol)

4.8

5.9

6.0

    ① 此合成反应的a      0 (填“>”“<”或“=”)

② 已知:

 N2 (g) + 3H2(g)2NH3 (g)     ΔH=-92.4 kJ·mol1

2H2 (g)+ O2 (g)===2H2O (l)       ΔH=-571.6 kJ·mol1

则2N2 (g) + 6H2O (l)4NH3 (g) + 3O2 (g)  ΔH            

(2)用水稀释0.1 mol·L1氨水,溶液中随着水量的增加而减小的是           (填字母标号)

   

II.工业生产中产生含SO2的废气,经石灰吸收和氧化后制成硫酸钙,硫酸钙是一种用途非常广泛的产品,可用于生产硫酸、水泥等。

(1)硫酸生产中,SO2催化氧化成SO3的热化学方程式为:

 2SO2 (g) + O2(g)2SO3 (g)     ΔH=-196.0 kJ·mol1

① 容器体积不变时,为了提高SO2的转化率,可采用的措施是            (填字母标号)

A.加入V2O5作催化剂    B.使用过量SO2    C.高温    D.通入过量空气

② 某温度时,在一个容积为10L的密闭容器中充入4.0 molSO2和2.0 molO2,半分钟后达到平衡,并放出352.8kJ的热量。此时SO2的转化率是      ,该温度下的平衡常数K        

(2)已知25℃时,Ksp(CaSO4)=7.10×105。向0.100 L 含CaSO4固体的溶液中加入2.22 gCaCl2 粉末充分搅拌,假设溶液的体积变化忽略不计,则溶液中CaSO4固体的质量将        (填“增大”、“减小”或“不变”,下同),Ksp(CaSO4)将        

 

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科目:高中化学 来源:2010-2011学年山东省日照市高三第一次模拟考试(理综)化学部分 题型:填空题

(14分)I.科学家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。

    (1)根据最新“人工固氮”的研究报道,在常温、常压、光照条件下,N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生下列反应:2N2 (g)+6H2O (l)4NH3 (g)+3O2 (g)     ΔHa kJ·mol1

进一步研究NH3生成量与温度的关系,常压下达到平衡时测得部分实验数据如下表:

温度 T/K

303

313

323

NH3生成量/(106 mol)

4.8

5.9

6.0

    ① 此合成反应的a       0 (填“>”“<”或“=”)

② 已知:

 N2 (g) + 3H2(g)2NH3 (g)     ΔH=-92.4 kJ·mol1

2H2 (g) + O2 (g)===2H2O (l)       ΔH=-571.6 kJ·mol1

则2N2 (g) + 6H2O (l)4NH3 (g) + 3O2 (g)  ΔH            

(2)用水稀释0.1 mol·L1氨水,溶液中随着水量的增加而减小的是            (填字母标号)

   

II.工业生产中产生含SO2的废气,经石灰吸收和氧化后制成硫酸钙,硫酸钙是一种用途非常广泛的产品,可用于生产硫酸、水泥等。

(1)硫酸生产中,SO2催化氧化成SO3的热化学方程式为:

 2SO2 (g) + O2(g)2SO3 (g)     ΔH=-196.0 kJ·mol1

① 容器体积不变时,为了提高SO2的转化率,可采用的措施是             (填字母标号)

A.加入V2O5作催化剂    B.使用过量SO2    C.高温    D.通入过量空气

② 某温度时,在一个容积为10L的密闭容器中充入4.0 molSO2和2.0 molO2,半分钟后达到平衡,并放出352.8kJ的热量。此时SO2的转化率是       ,该温度下的平衡常数K        

(2)已知25℃时,Ksp(CaSO4)=7.10×105。向0.100 L 含CaSO4固体的溶液中加入2.22 gCaCl2 粉末充分搅拌,假设溶液的体积变化忽略不计,则溶液中CaSO4固体的质量将         (填“增大”、“减小”或“不变”,下同),Ksp(CaSO4)将        

 

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