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题型:解答题-原理综合题 难度:0.65 引用次数:50 题号:11101873
1905年哈珀开发实现了以氮气和氢气为原料合成氨气,生产的氨制造氮肥服务于农业,养活了地球三分之一的人口,哈珀也因此获得了1918年的诺贝尔化学奖。
(1)工业合成氨的反应如下:N2+3H22NH3。已知断裂1 mol N2中的共价键吸收的能量为946 kJ,断裂1 mol H2中的共价键吸收的能量为436 kJ,形成1 mol N-H键放出的能量为391 kJ,则由N2和H2生成1 mol NH3的能量变化为________kJ。下图能正确表示该反应中能量变化的是________(填“A”或“B”)。

(2)反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)在三种不同条件下进行,N2、H2的起始浓度为0,反应物NH3的浓度(mol/L)随时间(min)的变化情况如下表所示。

实验

序号

时间


温度

0

10

20

30

40

50

60

400℃

1.0

0.80

0.67

0.57

0.50

0.50

0.50

400℃

1.0

0.60

0.50

0.50

0.50

0.50

0.50

500℃

1.0

0.40

0.25

0.20

0.20

0.20

0.20


根据上述数据回答:对比实验①②中,有一个实验没有使用催化剂,它是实验_________(填序号);实验①③对比说明了_________。在恒温恒容条件下,判断该反应达到化学平衡状态的标志是_________(填序号)。
a.NH3的正反应速率等于逆反应速率        b.混合气体的密度不变
c.c(NH3)=c(H2) d.混合气体的压强不变
(3)近日美国犹他大学Minteer教授成功构筑了H2-N2生物燃料电池。该电池类似燃料电池原理,以氮气和氢气为原料、氢化酶和固氮酶为两极催化剂、质子交换膜(能够传递H)为隔膜,在室温条件下即实现了氨的合成同时还能提供电能。则B电极为_________极(填“正”、“负”),该电池放电时溶液中的H_________极移动(填“A”、“B”)。

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反应①
反应②
反应③
已知:对于反应,其标准平衡常数
在温度恒定为,压强恒定为的反应炉内加入,发生上述3个反应,平衡时的分压。已知:。该温度下
(1)写出反应③的标准平衡常数表达式:___________
(2)反应④___________
(3)该温度下反应(2)的标准平衡常数___________
(4)平衡时的分压___________
(5)的作用为___________。平衡后再加入,则最终氢气的产率___________(填标号)。
A增大       B.减小       C.不变       D.无法判断
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【推荐2】甲醇直接脱氢制无水甲醛是具有工业化前景的新工艺。回答下列问题:
(1)在标准压强(100kPa)、298K下,一些物质的热力学数据如下表,标准摩尔生成焓是指由稳定的单质合成1mol该物质的反应焓变;
物质HCHO
标准摩尔生成焓()0-115.8-201
熵()130.7218.7239.9
甲醇脱氢制甲醛的反应方程式为:   ___________,该反应高温能自发进行的原因是___________
(2)已知Arrhenius经验公式为(为活化能,k为速率常数,R、A为常数)。一定条件下,催化剂1作用下甲醇脱氢制甲醛反应的Arrhenius经验公式的实验数据如图中曲线a所示。

①升高温度,速率常数k___________(填“增大”“减小”或“不变”);
②催化剂Ⅱ作用下,实验数据如图中b线所示,则催化效果:催化剂Ⅰ___________催化剂Ⅱ(填“>”成“<”)。
(3)催化剂1作用下,恒容密闭容器中充入一定量的发生反应,达到平衡时,容器总压、的体积分数随温度的变化曲线如图所示。

①随着温度的升高,压强不断增大的原因是___________
②600K达到平衡时,___________kPa(用含“p”的式子表示,下同),的转化率为______________________
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名校
【推荐3】硝酸铵是一种重要的化工原料,通常用合成氨及合成硝酸的产物进行生产
(1)硝酸铵水溶液pH__________7(填“>”、“=”或“<”),其水溶液中各种离子浓度大小关系为___________
(2)已知合成氨的热化学方程式为:N2(g)+ 3H2(g) 2NH3(g)H=-92kJ/mol,按照氮气和氢气的物质的量之比1:3的比例,分别在200℃、400℃、600℃的条件下进行反应,生成物NH3的物质的量分数随压强的变化曲线如图所示

①曲线c对应的温度为___________
②下列说法中正确的是___________
A.增大氢气浓度,可促进平衡正向移动并能提高氮气的转化率
B.Q点对应的反应条件下,若加入适当的催化剂,可提高NH3在混合物中的物质的量分数
C.M、N两点的平衡常数大小关系为:M>N
D.M、N、Q三点反应速率的大小关系为:N>M>Q
E.为了尽可能多的得到NH3,应当选择P点对应的温度和压强作为生产条件
(3)尿素[CO(NH2)2]是一种非常重要的高效氮肥,工业上以NH3、CO2为原料生产尿素,该反应实际为两步反应:
第一步:2NH3(g)+CO2(g)=H2NCOONH4(s)     ΔH=-272kJ·mol-1
第二步:H2NCOONH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g)     ΔH=+138kJ·mol-1
写出工业上以NH3、CO2为原料合成尿素的热化学方程式:_________________________
(4)柴油汽车尾气净化器通常用尿素作为氮氧化物尾气的吸收剂,生成物均为无毒无污染的常见物质,请写出尿素与NO反应的化学方程式__________,当有1mol尿素完全反应时,转移电子的数目为___________
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