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氨是一种重要的化工原料,工业合成氨对农业、化工和国防意义重大。合成氨反应为:N2...

氨是一种重要的化工原料,工业合成氨对农业、化工和国防意义重大。合成氨反应为:N2(g) +H2(g)NH3(g),回答下列问题:

(1)化学键键能数据如下:

化学键

H-H

NN

N-H

E/kJ▪mol-1

436

946

391

 

 

上述反应的H=____________;若正反应的活化能为Ea(kJ/mol'),则逆反应的活化能Ea=            kJ/mol (用含Ea的代数式表示)

(2)在合成氨的反应中,外界条件会对平衡发生移动产生影响。如图表示随外界条件改变,氨气的体积分数(φ)的变化趋势。若横坐标x表示压强,则变化趋势正确的是__________ (填曲线字母标号,下同);若x为温度,则变化趋势正确的是__________

(3) p(N2)p(H2)p( NH3)分别代表N2H2NH3的分压,上述反应的压力平衡常数表达式Kp=_________(用平衡时的分压代替平衡时的浓度表示);已知:一定条件下,VV分别与kk成正比,其中kk为速率常数,随温度升高而增大,温度一定时,k k为常数。若合成氨反应达到平衡后,再升高温度时,理论上活化分子百分数_______(增大”“减小不变,下同)k k与升高温度前比较将_____________

(4)工业上,合成氨反应在高压条件下进行,实际上Kp值不仅与温度有关,还与压力和气体组成有关。一定条件下,上述合成氨反应接近平衡时,遵循如下方程: 。其中r( NH3)为氨合成反应的净速率,a为常数,与催化剂性质及反应条件有关,该条件下,实验测得a=0.5,则反应达到平衡时,k kkp三者的关系式为____________________

 

-46kJ/mol Ea逆=Ea正+46 b a 减小 K正=K逆·Kp2 【解析】 (1)根据反应物总键能与生成物总键能的差计算反应热; △H= E生成物-E反应物=Ea正-Ea逆,据此计算Ea逆; (2)合成氨气的反应是气体体积减小的放热反应,根据平衡移动原理分析温度、压强对化学平衡的影响判断曲线; (3)用平衡分压代替平衡浓度带入平衡常数表达式,可得Kp; 温度升高,气体活化分子数增加,活化分子百分数增加,温度对吸热反应影响更大; (4)反应达到平衡时NH3的净速率为0,将a=0.5带入上述表达式,可得相应关系。 (1)△H正=(×946+×436-3×391)kJ/mol=-46kJ/mol; △H= E生成物-E反应物=Ea正-Ea逆=-46kJ/mol,则Ea逆=Ea正+46kJ/mol; (2)工业上合成氨反应N2(g) +H2(g)NH3(g) △H=-46kJ/mol的正反应是气体体积减小的放热反应; 若横坐标表示压强,则在其他条件不变时,增大压强,化学平衡向正反应方向移动,达到平衡时NH3的含量增大,故合理选项是b; 若横坐标表示温度,则在其他条件不变时,升高温度,化学平衡向吸热的逆反应方向移动,达到平衡时NH3的含量降低,故合理选项是a; (3)对于反应N2(g) +H2(g)NH3(g) ,p(N2)、p(H2)、p( NH3)分别代表N2、H2、NH3的分压,上述反应的压力平衡常数表达式Kp=; 一定条件下,V正、V逆分别与k正、k逆成正比,其中k正、k逆为速率常数,随温度升高而增大,温度一定时,k正 :k逆为常数。若合成氨反应达到平衡后,再升高温度时,分子的内能增加,气体活化分子数增加,气体分子总数不变,所以活化分子百分数增加;该反应的正反应是放热反应,由于温度对吸热反应影响更大,所以升高温度后,k正 :k逆都增大,但k逆增大的倍数大于k正增大的倍数,所以与升高温度前比较k正 :k逆将减小; (4)反应达到平衡时,氨气的净速率r(NH3)=0,若a=0.5,=。 整理可得;,所以,K正=K逆·Kp2。
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考点分析:
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甲醇可作为燃料电池的原料。CO2CO可作为工业合成甲醇(CH3OH)的直接碳源,

1)已知在常温常压下:

CH3OHl+ O2g=COg + 2H2Og); ΔH=﹣355.0 kJ∕mol

2COg+ O2g= 2CO2g   ΔH=-566.0 kJ/mol

H2Ol=H2Og  ΔH+44.0 kJ/mol

写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式:___________________________

2)利用COH2在一定条件下可合成甲醇,发生如下反应:COg)+2H2g=CH3OHg),其两种反应过程中能量的变化曲线如下图ab所示,下列说法正确的是__________

A.上述反应的ΔH=-91kJ·mol1

Ba反应正反应的活化能为510kJ·mol1

Cb过程中第Ⅰ阶段为吸热反应,第Ⅱ阶段为放热反应

Db过程使用催化剂后降低了反应的活化能和ΔH

Eb过程的反应速率:第Ⅱ阶段>第Ⅰ阶段

3)下列是科研小组设计的一个甲醇燃料电池,两边的阴影部分为ab惰性电极,分别用导线与烧杯的mn相连接,工作原理示意图如图:

b极电极反应式为____________

②在标准状况下,若通入112mLO2,(假设烧杯中的溶液的体积为200mL,体积不变)最后反应终止时烧杯中溶液的pH______

4)可利用CO2根据电化学原理制备塑料,既减少工业生产对乙烯的依赖,又达到减少CO2排放的目的。以纳米二氧化钛膜为工作电极,稀硫酸为电解质溶液,在一定条件下通入CO2进行电解,在阴极可制得低密度聚乙烯(简称LDPE)。

①电解时,阴极的电极反应式是________

②工业上生产1.4×102kgLDPE,理论上需要标准状况下________LCO2

 

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随着科技的进步,合理利用资源、保护环境成为当今社会关注的焦点。甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)用作全固态钙钛矿敏化太阳能电池的敏化剂,可由CH3NH2PbI2HI为原料合成,回答下列问题:

(1)制取甲胺的反应为CH3OH(g)NH3(g)CH3NH2(g)H2O(g) ΔH。已知该反应中相关化学键的键能数据如下:

共价键

C—O

H—O

N—H

C—N

C—H

键能/kJ·mol1

351

463

393

293

414

 

则该反应的ΔH_________kJ·mol1

(2)上述反应中所需的甲醇工业上利用水煤气合成,反应为CO(g)2H2(g) CH3OH(g) ΔH <0。在一定条件下,将1 mol CO2 mol H2通入密闭容器中进行反应,当改变某一外界条件(温度或压强)时,CH3OH的体积分数φ(CH3OH)变化趋势如图所示:

①平衡时,MCH3OH的体积分数为10%,则CO的转化率为_________

X轴上a点的数值比b_________ (”)。某同学认为上图中Y轴表示温度,你认为他判断的理由是________________________________

(3)工业上可采用CH3OHCO+2H2的方法来制取高纯度的COH2。我国学者采用量子力学方法,通

过计算机模拟,研究了在钯基催化剂表面上甲醇制氢的反应历程,其中吸附在钯催化剂表面上的物种用*标注。

甲醇(CH3OH)脱氢反应的第一步历程,有两种可能方式:

方式 ACH3OH* →CH3O* H*    Ea= +103.1kJ·mol-1

方式 BCH3OH* →CH3* OH*    Eb= +249.3kJ·mol-1

由活化能E值推测,甲醇裂解过程主要历经的方式应为_________(AB)

下图为计算机模拟的各步反应的能量变化示意图。

该历程中,放热最多的步骤的化学方程式为______________________________________________

(4)常温下,PbI2饱和溶液(呈黄色)c(Pb2+)1.0×10-3 mol·L1,则Ksp(PbI2)_________

 

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1t1℃时,密闭容器中,通入一定量的COH2O,发生如下反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<0。容器中各物质浓度(单位:mol·L-1)变化如下表所示:

时间(min)

CO

H2O

CO2

H2

0

0.200

0.300

0

0

2

0.138

0.238

0.062

0.062

3

c1

c2

c3

c3

4

c1

c2

c3

c3

5

0.116

0.216

0.084

 

6

0.096

0.266

0.104

 

 

①一定处于平衡状态的时间段为___

5~6min时间段内,平衡移动方向为___(向左移动向右移动”),根据表中数据判断,平衡移动的原因是___(填字母编号)

a.增加了H2O(g)的量     b.增加氢气浓度

c.使用催化剂           d.降低温度

t2℃时(t2>t1),在相同条件下发生上述反应,达平衡时,CO浓度___c1(“>”“<”“=”)

2)已知反应Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)的平衡常数随温度变化情况如图1所示:

①用CO还原FeO制备Fe的反应是___(吸热放热”)反应。

②温度为T2时,实验测得该反应体系中CO浓度为CO22.5倍,则T2___T1(“>”“<”“=”)

(3)工业上常用COCO2H2合成甲醇燃料,其原理为:

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)   ΔH<0

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)   ΔH>0

当混合气体的组成固定时,CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图2所示。

图中的压强由大到小的顺序为___,判断理由是___;试解释CO平衡转化率随温度升高而减小的原因是___

 

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是一种在药物合成中有重要作用的有机物,下列关于该有机物的说法正确的是

A.该有机物在一定条件下能发生酯化反应、还原反应、氧化反应、加成反应、消去反应

B.该有机物中有4种官能团

C.1mol该有机物分别与足量的碳酸氢钠溶液、金属钠反应,产生气体的物质的量不相同

D.该有机物的分子式为C14H16O6

 

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分子式为C4H6O2的物质,能使溴的CCl4溶液褪色且只有一种不饱和含氧官能团的物质最多有

A.8 B.7 C.6 D.5

 

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