Question

4．氨气是一种重要的化工原料，大量用于制造尿素、纯碱、铵态氮肥以及硝酸，在有机合成工业中制合成纤维、塑料、染料等．请回答下列问题：
（1）氨气是工业制备硝酸的重要原料，已知下列三个热化学方程式：
①N₂ （g）+3H₂ （g）?2NH₃ （g）△H₁
②4NH₃（g）+5O₂ （g）═4NO（g）+6H₂O（l）△H₂
③N₂ （g）+O₂ （g）═2NO （g）△H
能否应用△H₁和△H₂表示△H？若能用△H₁和△H₂表示△H，则写出△H=无；若不能，说明理由：不能，缺少氢气的燃烧热．
（2）在相同的温度下，容积相等的两个恒容密闭容器（编号分别为a和b）中，一定量的氮气和氢气发生下列可逆反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
实验测得反应起始时各物质的物质的量及平衡时放出的热量如下表：

容器编号	起始时各物质物质的量/mol			平衡时反应
	N2	H2	NH3
a	1	3	0	23.1
b	2	6	0	未知（用E表示）

下列说法正确的是②③（填序号）
①反应a和反应b的氢气转化率相同
②利用已知数据可以计算反应b的平衡常数
③利用已知数据可以计算反应b放出的能量E
④平衡时a、b两个反应的氨气体积分数为1：1
（3）温度为400℃、压强为30Mpa的情况下，密闭容器中发生氢气与氮气的合成氨反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0．氨气的物质的量[n（NH₃）]和氢气的物质的量[n（H₂）]随时间变化的关系如图：
正反应速率最大的点是a（选填a、b、c、d中的一个或几个），氮气的物质的量[n（N₂）]相等的两点是cd（选填a、b、c、d中的两个）；保持其他条件不变，将温度改为600℃，在上图中画出反应达到平衡的过程中氨气的变化曲线．
（4）工业合成氨用煤制备原料气氢气时，往往排放大量的二氧化碳．实际工业生成中可利用二氧化碳联合生产二甲醚（CH₃OCH₃），一定条件下，在容积固定的密闭设备中发生反应：
2CO₂（g）+6H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H＜0
两个密闭恒容容器中在温度均为T且保持不变的情况下进行上述反应，一段时间后测得两个容器中有关数据及正逆反应速率关系如下表：

容器	c（CO2） /mol•L-1	c（H2） /mol•L-1	c（CH3OCH3） /mol•L-1	c（H2O） /mol•L-1	v （正）和v （逆）比较
容器I	1.0×10-2	1.0×10-2	1.0×10-4	1.0×10-4	v （正）=v （逆）
容器II	2.0×10-2	1.0×10-2	1.0×10-4	2.0×10-4

容器I中的反应是（选填“是”或“否”）达到平衡状态，该反应在温度为T时的平衡常数K=1.0．表格内的空格处v（正）与v（逆）的大小关系是v（正）＜v（逆）．

Answer 1

分析 （1）由于所给的①和②中存在氢气的燃烧，缺少氢气燃烧的数据；
（2）a和b比较是反应物的浓度增加一倍，据此可以计算b放出的能量E，由于温度不变，可以计算b状态的平衡常数；
（3）反应物浓度越大，反应速率越大；t₁时刻后，化学反应达到平衡，据此判断；温度升高，化学反应速率加快，达到平衡时间变短，且平衡左移，导致氨气的物质的量减小，据此解答即可；
（4）平衡状态的标志是：正逆反应速率相等，根据平衡常数表达式来计算平衡常数；根据任意态的浓度熵和平衡常数的关系来判断是否是平衡状态以及反应的移动方向．

解答 解：（1）由于没有给出氢气的燃烧热数据，故不能利用①和②表示△H，故答案为：无；不能，缺少氢气的燃烧热；
（2）b与a相比，是反应物的浓度增大一倍，
①由于b是增加的反应物的浓度，导致平衡右移，故反应a和反应b的氢气转化率不相同，故①错误；
②温度不变，平衡常数不变，可以依据数据23.1计算此时的平衡常数，b状态下平衡常数与a相等，故②正确；
③b中浓度是a的2倍，利用已知数据可以计算反应b放出的能量E，故③正确；
④由于b状态与a相比，浓度增大，平衡右移，故氨气体积不同，故④错误，
故选②③；
（3）由于a点反应物的物质的量最大，故a点化学反应速率最快，时刻，化学反应达到平衡状态，此时各种物质的物质的量不变，即c、d两点氮气的物质的量相同，温度升高，化学反应速率加快，达到平衡时间变短，且平衡左移，导致氨气的物质的量减小，此时图象为：，故答案为：a；cd；   ；
（4）设备I中正逆反应速率相等的状态是平衡状态，根据平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）×{c}^{3}（{H}_{2}O）}{{c}^{2}{（C{O}_{2}）×c}^{6}（{H}_{2}）}$=$\frac{（1×1{0}^{-4}）^{4}}{（1×1{0}^{-2}）^{8}}$=1，因为该反应的平衡常数K=1.0，而设备 II中Q_c=c（CH₃OCH₃）•c³（H₂O）/c²（CO₂）•c⁶（H₂）=1.0×10^-4×（2.0×10^-4）³/（2.0×10^-2）²（1.0×10^-2）⁶=2.0，所以Q_c＞K，反应正在向逆反应方向进行，v（正）＜v（逆），故答案为：因为该反应的平衡常数K=1.0，而设备 II中Q_c=c（CH₃OCH₃）•c³（H₂O）/c²（CO₂）•c⁶（H₂）=1.0×10^-4×（2.0×10^-4）³/（2.0×10^-2）²（1.0×10^-2）⁶=2.0，所以Q_c＞K，反应正在向逆反应方向进行，v（正）＜v（逆），
故答案为：是；1.0；v（正）＜v（逆）．

点评 本题主要考查的是盖斯定律的应用、化学反应速率与平衡以及其影响因素、平衡常数的计算等，本题综合性较强，难度较大．