(8分)德国人哈伯在1913年实现了合成氨的工业化生产,反应原理:N2(g)+3H2(g)2NH3(g);已知298 K时,ΔH=-92.4 kJ·mol-1
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(8分)德国人哈伯在1913年实现了合成氨的工业化生产,反应原理: N2(g)+3H2(g)2NH3(g);已知298 K时, ΔH=-92.4 kJ·mol-1,ΔS=-198.2 J·mol-1·K-1,试回答下列问题: (1)计算说明298 K下合成氨反应能否自发进行?________(填“能”或“不能”);在298 K时,将10 mol N2和30 mol H2放入合成塔中,为什么放出的热量小于924 kJ?________。
(2)如图在一定条件下,将1 mol N2和3 mol H2混合于一个10 L的密闭容器中,反应达到A平衡时,混合气体中氨占25%,试回答下列问题: ①N2的转化率为________; ②在达到状态A时,平衡常数KA=________(代入数值的表达式,不要求得具体数值),当温度由T1变化到T2时,KA________KB(填“=”、“<”或“>”)。 ③在达到状态B时,下列说法正确的是( ) a.通入氩气使压强增大,化学平衡向正反应方向移动 b.N2的正反应速率是H2的逆反应速率的1/3倍 c.降低温度,混合气体的平均相对分子质量变小 d.增加N2的物质的量,H2的转化率降低 (3)若在恒温、恒压条件下合成氨反应达到平衡后,再向平衡体系中通入氩气,平衡________移动(填“向左”“向右”或“不”)。 (4)在1998年希腊亚里斯多德大学的Marnellos和Stoukides采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+),实现了高温高压下高转化率的电化学合成氨,其实验装置如图:
则阴极的电极反应式为____________________________________________________。 |
答案
(1)能"由于合成氨反应为可逆反应,10 mol N2和30 mol H2不可能完全反应,所以放出的热量小于10×92.4 kJ=924 kJ (2)①40%"②0.082/(0.06×O.183)">"③b (3)向左"(4)N2+6e-+6H+===2NH3 |
解析
(1)ΔH-TΔS=-92.4 kJ·mol-1-298 K×(-198.2 J·mol-1·K-1)×10-3 kJ·J-1=-33.3 kJ·moL-1<0,故该反应在298 K时能自发进行。由于合成氨反应为可逆反应,10 mol N2和30 mol H2不可能完全反应,所以放出的热量小于10×92.4 kJ=924 kJ。 (2)由反应:设转化了N2为x mol·L-1, 则 N2(g)+3H2(g)2NH3(g) 初始: 0.1 0.3 0 转化: x 3x 2x 平衡: 0.1-x 0.3-3x 2x 2x/(0.1-x+0.3-3x+2x)×100%=25%"x=0.04 所以①N2的转化率为:0.04/0.1×100%=40%。 ②平衡常数KA=0.082/(0.06×0.183)。当温度由T1变化到T2时,N2的转化率降低,说明化学平衡向逆反应方向移动,所以KA>KB。③由于在恒容密闭容器中通入氩气,体系压强确实增大,但由于N2、H2、NH3的浓度均不发生变化,化学平衡不移动,故a错误;达到平衡时正、逆反应速率相等,即v(N2,正)=v(N2,逆)、v(H2,正)=v(H2,逆),由“化学反应速率之比等于化学方程式中化学计量数之比”知b正确;降低温度,化学平衡向正反应方向移动,气体物质的量减少,而气体总质量不变,根据M=m/n知,混合气体的平均相对分子质量增大,故c错误;增加N2的物质的量,化学平衡向正反应方向移动,H2的转化率升高,故d错误。 (3)在恒压条件下加入氩气,则容积增大,导致原平衡中各物质的浓度同等比例减小,所以平衡向气体体积增大的方向即向左移动。 (4)由于该反应的总式为合成氨反应:N2+3H22NH3,在该反应中,H2失去电子在阳极上发生氧化反应,其电极反应式为:3H2-6e-===6H+,则阴极电极反应式为“该反应的总式减去阳极电极反应式”得:N2+6e-+6H+===2NH3。 |
举一反三
中学化学课本中有大量的数据材料,下列各项对数据的应用中正确的是( )A.利用溶解度数据判断水垢的主要成分是CaCO3和Mg(OH)2,而不是CaCO3和MgCO3 | B.利用键能数据判断晶体的熔点高低 | C.根据相对原子质量判断元素的原子序数 | D.根据反应热的大小判断反应进行速率的快慢 |
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(8分)、能源短缺是人类社会面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景。 ⑴工业上一般采用下列两种反应合成甲醇: 反应Ⅰ:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H1 反应Ⅱ:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H2 ①上述反应符合“原子经济”原则的是 (填“Ⅰ”或“Ⅱ”); ②下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数(K)。
温度
| 250℃
| 300℃
| 350℃
| K
| 2.041
| 0.270
| 0.012
| 由表中数据判断H1 0(填“>”“=”或“<”); ③某温度下,将2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中,充分反应,达到平衡后,测得c(CO)=0.2mol·L-1,则CO的转化率为 ,此时的温度 为 (从上表中选择) ⑵将CH4转化成CO,工业上常采用催化转化技术,其反应原理为: CH4(g)+3/2O2(g)CO(g)+2H2O(g)H=-519kJ·mol-1。工业上,为选择合适的催化剂,分别对X、Y、Z三种催化剂进行了如下实验(其他条件相同) ①X在T1℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍; ②Y在T2℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍; ③Z在T3℃时催化效率最高,能使逆反应速率加快约1×106倍; 已知:T1> T2> T3,根据上述信息,你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是 (填“X”、“Y”或“Z”)选择的理由是 。 |
已知热化学方程式:2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH1=-483.6 kJ/mol,则对于热化学方程式:2H2O(l)===2H2(g)+O2(g) ΔH2=b,下列说法正确的是( )A.热化学方程式中化学计量数表示分子个数 | B.该反应的ΔH2=+483.6 kJ/mol | C.|ΔH2|<|ΔH1| | D.|ΔH2|>|ΔH1| |
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下列过程中△H大于零的是 ( )A.碳的燃烧 | B.葡萄糖在人体内氧化分解 | C.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应 | D.锌粒与稀H2SO4反应制取H2 |
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下列属于放热反应的是A.铝和盐酸反应 | B.焦碳和二氧化碳共热 | C.石灰石的分解 | D.氢气还原氧化铜 |
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