Question

【題目】氧和氮是大氣的主要成分，氮的化合物在工業(yè)上均有重要的應(yīng)用。

（1）根據(jù)下列反應(yīng)寫出由熱化學(xué)循環(huán)在較低溫度下由水分解制備氫氣的熱化學(xué)方程式：________________

（2）在恒容密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，下列說法可以證明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是__________________。（填序號）

①單位時(shí)間內(nèi)生成n molN2的同時(shí)生成2n molNH3

②1個(gè)N≡N鍵斷裂的同時(shí)，有6個(gè)N—H鍵形成

③1個(gè)N≡N鍵斷裂的同時(shí)，有3個(gè)H—H鍵形成

④混合氣體的密度不再改變的狀態(tài) ⑤混合氣體的壓強(qiáng)不再改變的狀態(tài)

⑥混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變的狀態(tài)。

為提高H2的轉(zhuǎn)化率，實(shí)際生產(chǎn)中宜采取的措施有________(填字母)。

A．及時(shí)移出氨 B．最適合催化劑活性的適當(dāng)高溫

C．適當(dāng)增大壓強(qiáng) D．循環(huán)利用和不斷補(bǔ)充氮?dú)?/span>

E．減小壓強(qiáng) F．降低溫度

（3）電廠煙氣脫氮的主反應(yīng)①： 4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(g)，副反應(yīng)②： 2NH3(g)＋8NO(g)5N2O(g)＋3H2O(g)。平衡混合氣中N2與N2O含量與溫度的關(guān)系如圖，請解釋在400K～600K時(shí)，平衡混合氣中這兩種氣體的含量隨溫度的變化而改變的原因是_____________________________

（4）肼(N2H4)是一種重要的化工原料，既可用于制藥，又可用作火箭燃料。向2 L的恒容密閉容器中充入2mol N2H4，發(fā)生反應(yīng)N2H4(g)N2(g)+2H2(g)，（用x表示）與時(shí)間的關(guān)系如圖1所示，則該溫度下，此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_______________。

肼在另一條件下也可達(dá)到分解平衡，同時(shí)生成兩種氣體，且其中一種氣體能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)。圖2為平衡體系中肼的體積分?jǐn)?shù)與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系，則p2_______ (填“大于”或“小于”) p1。

Answer 1

【答案】 H2O(l)=H2(g)+O2(g) ΔH=+286 kJ/mol ①③⑤⑥ ABCD 反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，溫度升高平衡左移，N2含量降低；反應(yīng)②為吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡右移，N2O含量升高 1 大于

【解析】試題分析：本題考查蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡的標(biāo)志，化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，圖像分析以及化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡理論的實(shí)際應(yīng)用。

（1）將三個(gè)熱化學(xué)方程式編號：

H2SO4（aq）=SO2（g）+H2O（l）+O2（g） ΔH1=+327kJ·mol-1（①式）

SO2（g）+I2（s）+2H2O（l）=2HI（aq）+ H2SO4（aq） ΔH2=-151 kJ·mol-1（②式）

2HI（aq）=H2（g）+I2（s） ΔH3=+110 kJ·mol-1（③式）

應(yīng)用蓋斯定律，將①式+②式+③式得H2O（l）=H2（g）+O2（g） ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3=+327kJ/mol-151kJ/mol+110kJ/mol=+286kJ/mol，水分解制備氫氣的熱化學(xué)方程式為H2O(l)=H2(g)+O2(g) ΔH=+286 kJ/mol。

（2）①單位時(shí)間內(nèi)生成n molN2的同時(shí)生成2n molNH3，表明正、逆反應(yīng)速率相等，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；②1個(gè)N≡N鍵斷裂的同時(shí)，有6個(gè)N—H鍵形成，只表示了正反應(yīng)，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；③1個(gè)N≡N鍵斷裂的同時(shí)，有3個(gè)H—H鍵形成，表示正、逆反應(yīng)速率相等，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；④該反應(yīng)中所有物質(zhì)都是氣體，氣體的質(zhì)量始終不變，容器的容積不變，混合氣體的密度始終不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；⑤建立平衡的過程中氣體分子物質(zhì)的量減小，恒容時(shí)混合氣體的壓強(qiáng)減小，平衡時(shí)氣體物質(zhì)的量不變，混合氣體的壓強(qiáng)不變，混合氣體的壓強(qiáng)不再改變說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；⑥混合氣體的質(zhì)量始終不變，建立平衡過程中氣體物質(zhì)的量減小，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量增大，平衡時(shí)氣體物質(zhì)的量不變，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；能說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的為①③⑤⑥。

A項(xiàng)，及時(shí)移出氨平衡正向移動，提高H2的轉(zhuǎn)化率，實(shí)際生產(chǎn)中使用；B項(xiàng)，最適合催化劑活性的適當(dāng)高溫可加快反應(yīng)速率，實(shí)際生產(chǎn)中使用；C項(xiàng)，適當(dāng)增大壓強(qiáng)，一方面加快反應(yīng)速率，另一方面平衡正向移動，提高H2的轉(zhuǎn)化率，實(shí)際生產(chǎn)中使用；D項(xiàng)，循環(huán)利用和不斷補(bǔ)充氮?dú)?/span>，平衡正向移動，提高H2的轉(zhuǎn)化率，實(shí)際生產(chǎn)中使用；E項(xiàng)，減小壓強(qiáng)，平衡逆向移動，H2轉(zhuǎn)化率降低，且反應(yīng)速率慢，實(shí)際生產(chǎn)中不使用；F項(xiàng)，降低溫度，雖然平衡正向移動，提高H2的轉(zhuǎn)化率，但反應(yīng)速率慢，實(shí)際生產(chǎn)中不使用；答案選ABCD。

（3）由圖像知，升高溫度N2的含量降低，反應(yīng)①為放熱反應(yīng)；升高溫度N2O的含量增加，反應(yīng)②為吸熱反應(yīng)。則在400K～600K時(shí)，平衡混合氣中這兩種氣體的含量隨溫度的變化而改變的原因是：反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，溫度升高平衡左移，N2含量降低；反應(yīng)②為吸熱反應(yīng)，溫度升高平衡右移，N2O含量升高。

（4）設(shè)從起始到平衡過程中轉(zhuǎn)化N2H4的物質(zhì)的量為x，用三段式

N2H4(g)N2(g)+2H2(g)

n（起始）（mol） 2 0 0

n（轉(zhuǎn)化）（mol） x x 2x

n（平衡）（mol） 2-x x 2x

由圖像知平衡時(shí)=3，=3，解得x=1mol，則平衡時(shí)N2H4、N2、H2的物質(zhì)的量濃度依次為0.5mol/L、0.5mol/L、1mol/L，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=[c（N2）·c2（H2）]/c（N2H4）==1。

肼在另一條件下也可達(dá)到分解平衡，同時(shí)生成兩種氣體，且其中一種氣體能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍(lán)，說明分解生成NH3，反應(yīng)的方程式為3N2H4（g）4NH3（g）+N2（g），其他條件不變時(shí)增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動，N2H4的體積分?jǐn)?shù)增大，圖像中相同溫度下，p2平衡時(shí)N2H4的體積分?jǐn)?shù)大于p1，則p2大于p1。