分析 (1)图②是表示N2、H2被吸附在催化剂的表面,图⑤表示生成的NH3离开催化剂表面,图③则表示在催化剂表面,N2、H2中的化学键断裂;
(2)该反应中锰元素化合价由+7价变为+2价,N元素化合价由+3价变为+5价,结合元素守恒、硝酸钠和高锰酸钾之间的关系式分析解答;
(3)①依据平衡常数随温度变化分析判断反应吸热、放热;
②增大反应物浓度,平衡正向进行,依据x含义和图象数据分析结合化学方程式换算氨气转化率;
③当x=2,原料气中的NH3和CO2的物质的量之比为2,设二氧化碳物质的量为m,氨气物质的量为2m,上述反应至5min时各物质的浓度不再发生变化,反应达到平衡状态,测得体系压强变为开始时的$\frac{2}{3}$,气体压强之比等于气体物质的量之比,反应结束后,分离得到90g尿素,物质的量n(CO(NH2)2)=$\frac{90g}{60g/mol}$=1.5mol,消耗氨气物质的量为3mol,消耗二氧化碳物质的量为1.5mol,利用化学平衡三行计算列式计算,
2NH3(g)+CO2(g)?CO(NH2)2(l)+H2O(l),
起始量(mol) 2m m 0 0
变化量(mol) 3 1.5 1.5 1.5
平衡量(mol) 2m-3 m-1.5 1.5 1.5
反应速率V=$\frac{△c}{△t}$,
平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$,
c=$\frac{n}{V}$.
解答 解:(1)分析题中图可以知道,图②表示N2、H2被吸附在催化剂表面,而图③表示在催化剂表面,N2、H2中化学键断裂,
故答案为:在催化剂表面N2、H2分子中的化学键断裂,生成N原子和H原子;
(2)a.该反应中N元素化合价+3价为亚硝酸盐,故a错误;
b.根据转移电子守恒得,生成1molNaNO3需消耗KMnO4的物质的量=$\frac{1mol(5-3)}{7-2}$=0.4mol,故b正确;
c.根据元素守恒、电荷守恒知,K是H+,氢离子参加反应导致溶液中氢离子浓度降低,则溶液的pH增大,故c错误;
d.根据元素守恒、电荷守恒知,□中的粒子是H+,故d错误;
故选b.
(3)①平衡常数随温度升高减小,说明正反应为放热反应,△H<0,故答案为:<;
②2NH3 (g)+CO2 (g)?CO(NH2)2 (l)+H2O (l),图象分析判断,增大氨气浓度平衡正向进行,二氧化碳转化率增大,B点处x=4,原料气中的NH3和CO2的物质的量之比为4,二氧化碳转化率为50%,假设氨气为4mol,二氧化碳为1mol,则反应的二氧化碳为0.5mol,
依据化学方程式2NH3(g)+CO2(g)?CO(NH2)2(l)+H2O(l)反应的氨气为1.0mol,
NH3的平衡转化率=$\frac{1.0mol}{4mol}$×100%=25%,
故答案为:x增大,相当于c(NH3)增大,CO2转化率增大,25%;
③当x=2,原料气中的NH3和CO2的物质的量之比为2,设二氧化碳物质的量为m,氨气物质的量为2m,上述反应至5min时各物质的浓度不再发生变化,反应达到平衡状态,测得体系压强变为开始时的$\frac{2}{3}$,气体压强之比等于气体物质的量之比,反应结束后,分离得到90g尿素,物质的量n(CO(NH2)2)=$\frac{90g}{60g/mol}$=1.5mol,消耗氨气物质的量为3mol,消耗二氧化碳物质的量为1.5mol,利用化学平衡三行计算列式计算,
2NH3(g)+CO2(g)?CO(NH2)2(l)+H2O(l),
起始量(mol) 2m m 0 0
变化量(mol) 3 1.5 1.5 1.5
平衡量(mol) 2m-3 m-1.5 1.5 1.5
测得体系压强变为开始时的$\frac{2}{3}$,气体压强之比等于气体物质的量之比,2m-3+m-1.5=$\frac{2}{3}$×(2m+m)
m=4.5mol
二氧化碳反应速率V=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{1.5mol}{2L}}{5min}$=0.15mol/L•min,
平衡时氨气的浓度=$\frac{2×4.5mol-3mol}{2L}$=3mol/L,CO2的浓度=$\frac{4.5mol-1.5mol}{2L}$=1.5mol/L
平衡常数K=$\frac{1}{{3}^{3}×1.5}$=0.074,
达到平衡后NH3的物质的量浓度=$\frac{2×4.5mol-3mol}{2L}$=3mol/L,
故答案为:0.15mol•L-1•min-1,0.074,3 mol•L-1.
点评 本题考查了氧化还原反应、化学反应速率、化学平衡的计算、物质转化率等知识的应用,主要是概念的理解应用,题目难度中等.
科目:高中化学 来源: 题型:解答题
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题
| A. | Fe2O3+3CO=═2Fe+3CO2△H=-28.5 kJ•mol-1 | |
| B. | Fe2O3(s)+3CO(g)═2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5 kJ | |
| C. | Fe2O3(s)+3CO(g)═2Fe(s)+3CO2(g)△H=+28.5 kJ•mol-1 | |
| D. | Fe2O3(s)+3CO(g)═2Fe(s)+3CO2(g)△H=-28.5 kJ•mol-1 |
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题
| A. | PO43- | B. | CCl4 | C. | NO3- | D. | SiH4 |
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题
| A. | 1 mol 羟基(-OH)含有的电子数为10 NA | |
| B. | 高温下,0.2 mol Fe与足量水蒸气反应,生成H2的分子数为0.3 NA | |
| C. | 7.8 g Na2S、Na2O2的固体混合物中含有的阴离子数为0.1 NA | |
| D. | 用惰性电极电解饱和食盐水,电路中通过NA个电子,则阳极产生气体11.2 L |
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题
| A. | CaCO3═CaO+CO2↑ | B. | NaHCO3+NaOH═Na2CO3+H2O | ||
| C. | Ca(ClO)2+CO2+H2O═CaCO3↓+2HClO | D. | 3K2MnO4+2H2O═2KMnO4+MnO2↓+4KOH |
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题
| A. | 用KSCN溶液检验FeCl2是否已被氧化而变质 | |
| B. | 用焰色反应鉴别NaCl和KCl | |
| C. | 用加热法除去Na2CO3中混有的NaHCO3杂质 | |
| D. | 用NaOH溶液除去MgCl2溶液中的CuCl2杂质 |
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科目:高中化学 来源: 题型:选择题
| A. | 金属钠着火时,立即用水灭火 | |
| B. | 配制稀硫酸时将水倒入浓硫酸中 | |
| C. | 用点燃的火柴在液化气钢瓶口检验是否漏气 | |
| D. | 大量氯气泄漏时,迅速离开现场并尽量往高处走 |
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科目:高中化学 来源: 题型:解答题
| 溶质 | CH3COONa | NaHCO3 | Na2CO3 | NaClO | NaCN |
| pH | 8.8 | 9.7 | 11.6 | 10.3 | 11.1 |
| 离子 | Fe2+ | Cu2+ | Mg2+ |
| pH | 7.6 | 5.2 | 10.4 |
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