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题型:解答题-原理综合题 难度:0.65 引用次数:88 题号:16670520
合成氨对人类的生存和发展有着重要意义,1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨,实现了人工固氮。回答下列问题:
(1)结合下表数据分析,工业上选用氮气与氢气反应固氮,而没有选用氮气和氧气反应固氮的原因是_______
化学反应K(298K)的数值
N2(g)+O2(g)2NO(g)5.0×10-31
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)4.1×106

(2)对于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),在一定条件下氨的平衡含量如下表:
温度/°C压强/MPa氨的平衡含量(体积分数)
2001081.5%
550108.25%

①合成氨反应为_______(填“吸热”或“放热”)反应。
②其他条件不变时,升高温度,氨的平衡含量减小的原因是_______(填标号)。
A.升高温度,正反应速率减小,逆反应速率增大,平衡向逆反应方向移动
B.升高温度,浓度商(Q)增大,平衡常数(K)不变,Q>K,平衡向逆反应方向移动
C.升高温度,活化分子数增多,反应速率加快
D.升高温度,平衡常数(K)减小,平衡向逆反应方向移动
(3)图1表示500°C、60.0MPa条件下,平衡时NH3的体积分数与原料气投料比的关系。根据图中M点数据,可计算出平衡时N2的体积分数为_______

(4)图2是合成氨反应平衡混合气中NH3的体积分数随温度或压强变化的曲线,图中L(L1、L2)、X分别代表温度或压强,其中X代表的是_______(填“温度”或“压强”)。判断L1、L2的大小关系并说明理由_______

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(1)SO2的排放主要来自于煤的燃烧,工业上常用氨水吸收法处理尾气中的SO2
已知吸收过程中相关反应的热化学方程式如下:
①SO2(g)+NH3·H2O(aq)= NH4HSO3(aq) ΔH1= a kJ/mol;
②NH3·H2O(aq)+ NH4HSO3(aq)=(NH4)2SO3(ag)+H2O(l) ΔH2= b kJ/mol;
③2(NH4)2SO3(aq)+O2(g)=2(NH4)2SO4(aq) ΔH3= c kJ/mol。
则反应2SO2(g)+ 4NH3·H2O(aq)+ O2(g) = 2(NH4)2SO4(aq)+ 2H2O(l)的ΔH=______kJ/mol。
(2)燃煤发电厂常利用反应2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)2CaSO4(s)+2CO2(g) ΔH=−681.8 kJ/mol对煤进行脱硫处理来减少SO2的排放。对于该反应,在温度为TK时,借助传感器测得反应在不同时间点上各物质的浓度如下:
时间/min
浓度/mol·L−1
01020304050
O21.000.790.600.600.640.64
CO200.420.800.800.880.88

①0~20 min内,平均反应速率v(SO2)=_____mol/(L·min)。
②30min后,只改变某一条件,反应重新达到平衡。根据上表中的数据判断,改变的条件可能是_____(填字母)。
A.通入一定量的O2B.加入一定量的粉状碳酸钙
C.适当缩小容器的体积D.加入高效的催化剂
(3)NOx的排放主要来自于汽车尾气,有人利用反应C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) ΔH=−34.0 kJ/mol,用活性炭对NO进行吸附。
①已知在密闭容器中加入足量的C和一定量的NO气体,保持恒压测得NO的转化率随温度的变化如图所示:

由图可知,1050K前反应中NO的转化率随温度升高而增大,其原因为________________________________
②用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作Kp)。在1050K、1.1×105Pa时,该反应的化学平衡常数Kp=_____________________[已知:气体分压(P)=气体总压(P)×体积分数]。
(4)氮氧化物也可以用尿素[(NH2)2CO]水溶液吸收。用尿素[(NH2)2CO]水溶液吸收体积比为1∶1的NO和NO2混合气,可将N元素转变为对环境无害的气体。该反应的化学方程式为___________________________________
(5)汽车尾气吸收还可利用反应2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g) ΔH=−746.8 kJ/mol,实验测得,v=k·c2(NO)·c2(CO),v=k·c(N2)·c2(CO2)(kk为速率常数,只与温度有关)。
①达到平衡后,仅升高温度,k增大的倍数_________(填“>”“<”或“=”)k增大的倍数。
②若在1L的恒容密闭容器中充入1 molCO和1 mol NO,在一定温度下达到平衡时,CO的转化率为80%,则k︰k=_____L/mol。
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①下列一定能说明该反应达到平衡状态的有__________
a混合气体的密度不再变化b CO和H2的物质的量之比不再变化
c v(CO)=v(CH3OH)d CO在混合气中的质量分数保持不变
②T1℃时,在一个起始体积为5 L的恒压容器中充入1 molCO、2 molH2,经过5 min达到平衡,CO的转化率为0.75,则T1℃时,CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的平衡常数K=_______,达到平衡时容器体积为_________L。
③在T1℃时,在体积为5 L的恒容容器中充入一定量的H2和CO,反应达到平衡时CH3OH的体积分数与的关系如图所示。温度不变,当=2.5时,达到平衡状态,CH3OH的体积分数可能是图象中的________点。

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已知在20℃时:
Ⅰ:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g);其正、逆反应的活化能分别为m kJ/mol、n kJ/mol;
Ⅱ:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g);其正、逆反应的活化能分别为p kJ/mol、q kJ/mol。
(1)则反应C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g) 的_______。(用m、n、p、q表示)
(2)若在绝热恒容容器中仅发生反应Ⅱ,则下列事实能说明反应达到平衡状态的是_______(填标号)。
A.容器内气体的压强不变B.容器内温度不变
C.容器内气体的密度不再改变D.容器内气体的平均相对分子质量不变
(3)已知反应Ⅱ的正反应速率,逆反应速率分别为正、逆反应速率常数,(k表示)与温度的关系如图所示,其中直线a、b分别表示随温度的变化。升高温度,反应Ⅱ的平衡常数K_______(填“变大”或“变小”或“不变”)。

(4)在上图A点对应的温度下,向某刚性密闭容器中加入足量焦炭和一定量水蒸气,同时发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,已知起始时容器内压强为80kPa,10分钟后体系达到平衡状态,容器内总压强变为100kPa,p(CO2)= 12kPa。
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②进一步提高水蒸气平衡转化率的方法有______________(写两种不同的方法)。
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