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题型:解答题-原理综合题 难度:0.4 引用次数:54 题号:22273909

哈伯法合成氨需要高温高压,为降低能耗,过渡金属催化合成氨被认为是前景巨大的替代方法。催化过程一般有吸附、解离、反应、脱附等过程,以下图示为在过渡金属催化剂表面合成氨反应历程的势能图(部分数据略),其中“*”表示被催化剂吸附。


(1)mol (g)、mol(g)变成活化分子需要吸收____________kJ的热量,“吸附”后“解离”需要放出___________kJ的热量,合成氨的热化学方程式为____________
(2)合成氨的捷姆金和佩热夫速率方程式为:w为反应的瞬时总速率,为正反应和逆反应速率之差,是正、逆反应速率常数)。合成氨反应的平衡常数_______________(用表示)
(3)若将2.0mol 和6.0mol 通入体积为2L的密闭容器中,分别在温度下进行反应,下图曲线分别只表示X的浓度(或Y的物质的量)随时间的变化(X、Y分别代表某一种反应物或生成物)。

①X表示的物质是_______________(填化学式),若温度下恰好平衡时,曲线上的点为A,其坐标为,则p_______________12,q_______________1(填“>”“<”或“=”)。

温度下,合成氨反应的平衡常数的数值是_______________;若某时刻,容器内气体的压强为起始时的75%,则此时v(正)_______________v(逆)(填“>”“<”或“=”)。

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【推荐1】化学反应原理在科研和生产中有广泛应用.
氮元素在海洋中的循环,是整个海洋生态系统的基础和关键。海洋中无机氮的循环过程可用下图表示。

(1)海洋中的氮循环起始于氮的固定,其中属于固氮作用的一步是____(填图中数字序号)。
(2)有氧时,在硝化细菌作用下,可实现过程④的转化,将过程④的离子方程式补充完整:________。________ + 5O2= 2 + ________H+ +__________+__________
(3)工业合成氨原理是:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H<0,当反应器中按n(N2):n(H2)=1:3投料,分别在200℃、400℃、600℃下达到平衡时,混合物中NH3的物质的量分数随压强的变化曲线如图。

曲线a对应的温度是____________
(4)关于工业合成氨的反应,下列叙述正确的是_________________
A.及时分离出NH3可以提高H2的平衡转化率
B.上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)=K(Q)>K(N)
C.M点比N点的反应速率快
D.由曲线a可知,当压强增加到100 MPa以上,NH3的物质的量分数可达到100%

(5)如果N点时c(NH3)=0.2mol·L1,N点的化学平衡常数K=_________L2/mol2 (精确到小数点后两位)
(6)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·mol1
第二步:H2NCOONH4(s) CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH=+138kJ·mol1
写出工业上以NH3、CO2为原料合成尿素的热化学方程式:_________________________
(7)某实验小组模拟工业上合成尿素的条件,在一体积为0.5 L的密闭容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳,实验测得反应中各组分的物质的量随时间的变化如下图所示:

①反应进行到10 min时测得CO2的物质的量如图所示,则用CO2表示的第一步反应的速率v(CO2)= _______________mol/(L·min)。
②已知总反应的快慢由慢的一步决定,则合成尿素总反应的快慢由第_________步反应决定,总反应进行到_________min时到达平衡。
2019-01-30更新 | 172次组卷
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【推荐2】用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用反应A,可实现氯的循环利用。
反应A:4HCl+O22Cl2+2H2O
(1)已知:ⅰ.反应A中,4 molHCl被氧化,放出115.6 kJ的热量。
ⅱ.
①反应A的热化学方程式是______________________________________
②根据断开1 mol H—O键与断开1 mol H—Cl键所需能量的差异,可知H2O中H—O键比HCl中H—Cl键(填“强”或“弱”)________
(2)对于反应A,下图是在 n(HCl):n(O2)的投料比分别为1:1、2:1、 4:1、 6:1下,反应温度对HCl平衡转化率影响的曲线。

①曲线b对应的投料比是________
②当曲线b、c、d对应的投料比达到相同的HCl平衡转化率时,对应的反应温度与投料比的关系是____________________________
③投料比为2:1、温度为400℃时,平衡混合气中Cl2的物质的量分数是________
2018-03-01更新 | 215次组卷
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【推荐3】CO2是一种温室气体,对人类的生存环境产生巨大的影响,维持大气中CO2的平衡对生态环境保护有着重要意义。
I.可利用CH4与CO2制备合成气(CO、H2),在某一钢性密闭容器中CH4、CO2的分压分别为15kPa、20kPa,加入Ni/α-A12O3催化剂并加热至1123K使其发生反应:CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)
(1)研究表明CO的生成速率,某时刻测得p(H2)=10kPa,则该时刻v(CH4)=___________k·Pas-1
(2)达到平衡后,测得CO的产率为50%,则该反应的平衡常数Kp=_________
(3)科学家提出制备“合成气反应历程分两步:
反应①:CH4(g)=C(ads)+2H2(g)(慢反应)
反应②:C(ads)+CO2(g)=2CO(g)(快反应)
上述反应中C(ads)为吸附性活性炭,反应历程的能量变化如图所示:

CH4与CO2制备合成气的热化学方程式为__________________。能量变化图中:E5+E1_________E4+E2(填“>”、“<”或“=”)。
II.CO2催化加氢制甲醇5MPa时,往某密闭容器中按投料比n(H2):n(CO2)=3:1充入H2和CO2,发生以下反应:
i.
ii..
iii.
反应达到平衡时,测得各组分的物质的量分数随温度变化的曲线如图所示。

(4)①体系中CO2的物质的量分数受温度的影响不大,原因是_______________________
②下列措施中,无法提高甲醇平衡产率的是________(填标号)。
A.加入适量CO B.增大压强C.循环利用原料气D.升高温度
③如上图X、Y分别代表_________________(填化学式)。
III.利用铜基配合物1,10-phenanthroline-Cu催化剂电催化CO2还原制备碳基燃料(包括CO、烷烃和酸等)是减少CO2在大气中累积和实现可再生能源有效利用的关键手段之,其装置原理如图所示。

(5)①电池工作过程中,图中Pt电极附近溶液的pH_______(填“变大”或“变小”),阴极的电极反应式为________________
②每转移2mol电子,阴极室溶液质量增加______g。
2020-05-21更新 | 560次组卷
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