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8.氨可用于制取氨水、液氮、氮肥(尿素、碳铵等)、硝酸、铵盐、纯碱等,因此被广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维、塑料等行业中,最重要的化工产品之一.

(1)以甲烷为原料可制得合成氨气用的氢气.图1是一定温度、压强下,CH4(g)与H2O(g)反应生成CO(g)和1mol H2(g)的能量变化示意图,写出该反应的热化学方程式CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)△H=3(E2-E1);(△H用E1、E2、E3表示).
(2)CO可使合成氨的催化剂中毒而失去活性,因此工业上常用乙酸二氨合铜(I)溶液来吸收原料气体中的CO,反应原理:[Cu(NH3)2CH3COO](l)+CO(g)+NH3(g)?[Cu(NH3)3]CH3COO•CO(l)△H<0,吸收后的乙酸铜氨溶液经过适当处理后可再生而恢复其吸收CO的能力,则再生的适宜条件是B(填字母序号).
A.高温、高压       B.高温、低压     C.低温、低压      D.低温、高压
(3)已知N2(g)+3H2?2NH3(g)△H=-94.4kJ•mol-1,CP恒容时,体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图2所示.
①在2L容器中发生反应,前20min内,ν(NH3)=0.050mol(L•min)-1,放出的热量为94.4kJ.
②25min时采取的措施是将NH3从反应体系中分离出去.
③时段III条件下反应的平衡常数为2.37.(保留3位有数字)
(4)用氨气制取尿素[CO(NH2)]的反应为:2NH3(g)+CO(g)?CO(NH2)2(l)+H2O(g)△H<0.
某温度下,向容器为100L的密闭容器中通入4mol NH3和2molCO,该反应进行到40s时,达到平衡,此时CO2的转化率为50%.图3中的曲线表示在前25s内NH3的浓度随时间的变化而变化.若反应延续至70s,保持其他条件不变的情况下,请在图3中用实线画出使用催化剂后c(NH3)随时间的变化曲线.

分析 (1)根据图示信息,反应物的能量低于产物的能量,所以反应是吸热反应,反应热等于产物的能量和反应物的能量之差,据此回答;
(2)依据平衡移动方向分析判断需要的条件,反应是气体体积减小的放热反应,平衡逆向进行是再生的原理,再生的适宜条件是高温低压;
(3)①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算出前20min内氨气的平均反应速率v(NH3);根据达到平衡时生成氨气的物质的量及热化学方程式N2(g)+3H2(g)?2NH3(g);△H=-94.4kJ•mol-1计算出放出的热量;
②根据25min时氨气的物质的量变为0,而氮气和氢气的物质的量不变进行解答;
③根据时段Ⅲ条件下达到平衡时各组分的浓度及平衡常数表达式进行解答;
(4)使用催化剂时,改变反应速率,不改变化学平衡,依据催化剂只加快反应速率不影响平衡浓度画出图象.

解答 解:(1)根据图示信息,反应物的能量低于产物的能量,所以反应是吸热反应,反应热等于产物的能量和反应物的能量之差,即CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)△H=3(E2-E1),
故答案为:CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)△H=3(E2-E1);
(2)吸收CO后的乙酸铜氨液经过适当处理后又可再生,恢复其吸收CO的能力以供循环使用,依据化学平衡[Cu(NH3)2CH3COO](l)+CO(g)+NH3(g)?[Cu(NH3)3]CH3COO•CO(l);△H<0,反应是气体体积减小的放热反应,平衡逆向进行是再生的原理,再生的适宜条件是高温低压,
故答案为:B;
(3)①根据图象可知,20min时氨气的物质的量浓度为1.00mol/L,所以氨气的平均反应速率为:v(NH3)=$\frac{1.00mol/L}{20min}$=0.050mol(L•min)-1;达到平衡时生成的氨气的物质的量为:1.00 mol/L×2L=2.00mol,根据N2(g)+3H2(g)?2NH3(g);△H=-94.4kJ•mol-1可知生成2.00mol氨气放出的热量为94.4kJ,
故答案为:0.050mol(L•min)-1;94.4kJ;
②25min时氨气的物质的量迅速变为0而氮气、氢气的物质的量不变,之后氮气、氢气的物质的量逐渐减小,氨气的物质的量逐渐增大,说明25min时将NH3从反应体系中分离出去,
故答案为:将NH3从反应体系中分离出去;
③时段Ⅲ条件下,该反应的化学平衡常数为:K=$\frac{{c}^{2}(N{H}_{3})}{{c}^{3}({H}_{2})c({N}_{2})}$=$\frac{0.5{0}^{2}}{0.7{5}^{3}×0.25}$≈2.37,
故答案为:2.37;
(4)若反应延续至70s,保持其它条件不变情况下,使用催化剂时,改变反应速率,不改变化学平衡,曲线的转折点在横坐标40之前,纵坐标必需在20的线上,该反应的进程曲线为如图所示:,
故答案为;

点评 本题考查了化学反应速率计算、影响化学平衡的因素,题目难度中等,注意掌握温度等因素对化学平衡的影响,明确化学反应速率、化学平衡常数的概念及计算方法是关键,侧重分析与应用能力的综合考查.

练习册系列答案
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20.下列说法正确的是(  )
A.将金属A投入B的盐溶液,A溶解说明A的金属性比B的金属性强
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C.向硫酸溶液中加入适量氨水,当溶液中c(SO42-)=c(NH4+)时,溶液呈酸性
D.等物质的量浓度的下列溶液中①NH4Cl ②NH4Al(SO4)2 ③NH3•H2O ④CH3COONH4,c(NH4+)由大到小的顺序是:①>②>③>④

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3.在一密闭容器中,反应 a A(g)═b B(g)+c C(g)达平衡后,保持温度不变,将容器体积增加一倍,当达到新的平衡时,B的浓度是原来的70%,则下列判断不正确的是(  )
A.平衡向正反应方向移动了B.物质A的转化率减少了
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13.水的电离平衡曲线如图所示,若以A点表示25℃时水的电离达平衡时的离子浓度,B点表示100℃时水的电离达平衡时的离子浓度,则下列说法正确的是(  )
A.改变条件使纯水的pH值减小,其酸性增强
B.100℃时某溶液中由水电离产生的c(H+)=1×10-11 mol•L-1,则该溶液的pH可能是11或3
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20.雾霾严重影响人们的生活,汽车尾气排放是造成雾霾天气的重要原因之一.已知汽车尾气排放时容易发生以下反应:

①N2(g)+O2(g)?2NO(g)△H1=a kJ•mol-1
②2NO(g)+O2(g)?2NO2(g)△H2=b kJ•mol-1
③CO(g)+$\frac{1}{2}$O2(g)?CO2(g)△H3=c kJ•mol-1
④2CO(g)+2NO(g)?N2(g)+2CO2(g)△H4
请回答下列问题:
(1)根据反应①②③,确定反应④中△H4=2c-akJ•mol-1.
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(3)下列情况能说明反应②已达平衡状态的是CD(填编号).
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C.在绝热恒容的容器中,反应的平衡常数不再变化
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17.针对如图装置的说法中,正确是(  )
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18.按如图所示装置进行实验,并回答下列问题:
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