Question

12．氨的合成是最重要的化工生產(chǎn)之一．
Ⅰ．工業(yè)上合成氨用的H₂有多種制取的方法：
①用焦炭跟水反應(yīng)：C（s）+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ CO（g）+H₂（g）；
②用天然氣跟水蒸氣反應(yīng)：CH₄（g）+H₂O（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{高溫}$ CO（g）+3H₂（g）
已知有關(guān)反應(yīng)的能量變化如圖1，且方法②的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則方法②中反應(yīng)的△H=+（a+3b-c） kJ/moL．

Ⅱ．在3個1L的密閉容器中，同溫度下、使用相同催化劑分別進行反應(yīng)：
3H₂（g）+N₂（g）$\frac{\underline{\;高溫、高壓\;}}{催化劑}$ 2NH₃（g），按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，反應(yīng)達到平衡時有關(guān)數(shù)據(jù)為：

容 器	甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量	3mol H2、2mol N2	6mol H2、4mol N2	2mol NH3
達到平衡的時間（min）	t	5	8
平衡時N2的濃度（mol•L-1）	c1	3	c2

（1）下列能說明該反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是c
a．容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2    
b．v（N₂）_正=3v（H₂）_逆
c．容器內(nèi)壓強保持不變                         
d．混合氣體的密度保持不變
（2）甲容器中達到平衡所需要的時間t＞5min，表中c₁＞c₂．（填“＞”、“＜”或“=”）
（3）用氨合成尿素的反應(yīng)為2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）．工業(yè)生產(chǎn)時，原料氣帶有水蒸氣．圖2表示CO₂的轉(zhuǎn)化率與氨碳比$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$、水碳比$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{O}_{2}）}$的變化關(guān)系．
①曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ對應(yīng)的水碳比最大的是Ⅲ．
②測得B點氨的轉(zhuǎn)化率為30%，則x₁=4．
Ⅲ．有人設(shè)想以N₂和H₂為反應(yīng)物，以溶有A的稀鹽酸為電解質(zhì)溶液，可制造出既能提供電能，又能固氮的新型燃料電池，裝置如圖3所示．
電池正極的電極反應(yīng)式是N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺，A是氯化銨．

Answer 1

分析 Ⅰ．由圖1可知熱化學方程式分別為：
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-akJ•mol^-1
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-bkJ•mol^-1
③CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-ckJ•mol^-1，然后根據(jù)蓋斯定律來解答；
Ⅱ．（1）達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，以此判斷．
（2）甲容器比乙容器中反應(yīng)物的濃度小，反應(yīng)速率比乙中小，故達到平衡所需要的時間更長，應(yīng)用等效平衡的知識來分析比較c₁的c₂相對大小；
（3）①氨碳比相同時曲線Ⅰ二氧化碳的轉(zhuǎn)化率大，所以生產(chǎn)中選用水碳比的數(shù)值為Ⅲ；
②根據(jù)氨氣和二氧化碳的轉(zhuǎn)化率之比求出x₁；
Ⅲ．電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，A是生成的氯化銨．

解答 解：Ⅰ．由圖1可知熱化學方程式分別為：
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-akJ•mol^-1
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-bkJ•mol^-1
③CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-ckJ•mol^-1
由③-（①+②×3）得：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+（a+3b-c）kJ•mol^-1，
故答案為：+（a+3b-c）kJ•mol^-1；
Ⅱ．（1）a．容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2，不能說明達到判斷狀態(tài)，取決于起始配料比和轉(zhuǎn)化程度，故a錯誤；
b．當3v（N₂）_正=v（H₂）_逆時，才說明達到平衡狀態(tài)，氨碳比相同時曲線Ⅰ二氧化碳的轉(zhuǎn)化率大，所以生產(chǎn)中選用水碳比的數(shù)值為Ⅲ，故b錯誤；
c．容器內(nèi)壓強保持不變，可說明達到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．恒容時體積不變，質(zhì)量不變，則混合氣體的密度保持不變，不能達到平衡狀態(tài)，故d錯誤．
故答案為：c；
（2）若為恒壓容器，甲乙容器中達到平衡所用時間相同，為5min，但是容器恒容，甲容器比乙容器中反應(yīng)物的濃度小，反應(yīng)速率比乙中小，故達到平衡所需要的時間更長，即t＞5min，甲相當于在丙平衡的基礎(chǔ)上，再充入1mol的氮氣，根據(jù)平衡移動的原理，增加一種反應(yīng)物平衡向減弱這種方向移動，但不抵消，所以甲氮的濃度大于丙，故答案為：＞；＞；
（3）①氨碳比相同時曲線Ⅰ二氧化碳的轉(zhuǎn)化率大，所以生產(chǎn)中選用水碳比的數(shù)值為Ⅲ，故答案為：Ⅲ；
②由題意可知：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂+H₂O（g）
起始量        x₁       1
變化量        2a       a
即：$\frac{2a}{{x}_{1}}$=$\frac{a}{1}$，$\frac{{x}_{1}}{2a}$=30%，$\frac{1}{a}$=60%，則x₁=4，
故答案為：4；
Ⅲ．電池正極發(fā)生還原反應(yīng)，氮氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺，A是銨根離子與氯離子結(jié)合形成氯化銨，故答案為：N₂+8H⁺+6e^-=2NH₄⁺；氯化銨．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學反應(yīng)與能量、化學平衡狀態(tài)的判斷等，側(cè)重于學生的分析能力和計算能力的考查，為高考常見題型和高頻考點，注意利用三段式法計算，較為直觀，難度不大．