Question

9．氨的合成是最重要的化工生產(chǎn)之一．
Ⅰ．合成氨用的氫氣有多種制取的方法：
①活潑金屬（如鈉）直接跟水反應(yīng)；
②金屬（如鋅）跟稀鹽酸或稀硫酸反應(yīng)；
③電解水制氫氣
④由焦炭跟水反應(yīng)制取氫氣：C+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+H₂；
⑤由天然氣制取氫氣：CH₄+H₂O（g）$\frac{\underline{\;\;\;高溫\;\;\;}}{催化劑}$CO+3H₂
（1）請你再補充一種制取氫氣的方法，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑．
（2）已知有關(guān)反應(yīng)的能量變化如圖，則方法⑤反應(yīng)的焓變△H=（a+3b-c）kJ•mol^-1．

Ⅱ．在3個2L的密閉容器中，在相同的溫度下、使用相同的催化劑分別進行反應(yīng)：3H₂（g）+N₂（g）$\frac{\underline{\;高溫高壓\;}}{催化劑}$2NH₃（g），按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測得反應(yīng)達到平衡時有關(guān)數(shù)據(jù)如表：

容器	甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量	3mol H2、2mol N2	6mol H2、4mol N2	2mol NH3
達到平衡的時間（min）		5	8
平衡時N2的濃度（mol•L-1）	c1	1.5
NH3的體積分數(shù)	ω1		ω3
混合氣體密度（g•L-1）	ρ1	ρ2

（3）分析上表數(shù)據(jù)，下列關(guān)系正確的是ab（填寫序號字母）．
a．2c₁＞1.5mol/L         b．2ρ₁=ρ₂       c．ω₃=ω₁
（4）在該溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{（2-2{c}_{1}）^{2}}{{c}_{1}×（3{c}_{1}-1.5）^{3}}$（用含c₁的代數(shù)式表示）．
（5）容器乙中反應(yīng)從開始到達平衡的反應(yīng)速率為v（H₂）=0.3mol/（L．min）．
Ⅲ．用氨氣制取尿素[CO（NH₂）₂]的反應(yīng)為：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO （NH₂）₂（l）+H₂O（g）．某溫度下，為進一步提高CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率，下列措施中能達到目的是ab．
a．提高NH₃的濃度   b．增大壓強   c．及時轉(zhuǎn)移生成的尿素   d．使用更高效的催化劑．

Answer 1

分析 I．（1）Al與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣，可以制備氫氣；
（2）由圖可知，熱化學(xué)方程式：
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-akJ•mol^-1
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H₂=-bkJ•mol^-1
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-ckJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，③-①-②×3可得：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g），則△H=△H₃-△H₁-3△H₂；
Ⅱ（3）a．乙等效為在在甲基礎(chǔ)上壓強增大一倍，平衡正向移動，平衡時乙中反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率比甲中大；
b．乙中混合氣體總質(zhì)量為甲中2倍，容器容積均為2L，密度之比等于氣體質(zhì)量之比；
c．丙等效為在甲平衡的基礎(chǔ)上移走1mol氮氣到達的平衡，平衡時氨氣的體積分數(shù)不同；
（4）計算平衡時各組分濃度，代入平衡常數(shù)表達式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$計算；
（5）乙容器5min到達平衡，平衡時氮氣濃度為1.5mol/L，計算氮氣濃度變化量，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（N₂），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（H₂）；
Ⅲ．a(chǎn)．提高NH₃的濃度，平衡正向移動；
b．正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強，平衡正向移動；
c．尿素為液體，及時轉(zhuǎn)移生成的尿素，不影響平衡移動；
d．使用更高效的催化劑，加快反應(yīng)速率，不影響平衡移動．

解答 解：Ⅰ．（1）Al與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣，可以制備氫氣，反應(yīng)方程式為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，
故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
（2）由圖1、圖2、圖3可分別得熱化學(xué)方程式：
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-akJ•mol^-1
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H₂=-bkJ•mol^-1
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-ckJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，由③-①-②×3可得：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g），則△H=△H₃-△H₁-3△H₂=（a+3b-c）kJ•mol^-1，
故答案為：（a+3b-c）kJ•mol^-1；
Ⅱ．（3）a．乙等效為在在甲基礎(chǔ)上壓強增大一倍，平衡正向移動，平衡時乙中反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率比甲中大，則2c₁＞1.5mol/L，故a正確；
b．乙中混合氣體總質(zhì)量為甲中2倍，容器容積均為2L，密度之比等于氣體質(zhì)量之比，則2ρ₁=ρ₂，故B正確；
c．丙等效為在甲平衡的基礎(chǔ)上移走1mol氮氣到達的平衡，平衡時氨氣的體積分數(shù)不同，故c錯誤；
故選：ab；
（4）甲容器到達平衡，平衡時氮氣濃度為c₁mol/L，則：
               N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol/L）：1      1.5        0
變化量（mol/L）：1-c₁ 3（1-c₁ ）    2（1-c₁ ）  
平衡量（mol/L）：c₁   （3c₁-1.5）2（1-c₁ ）
故平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{（2-2{c}_{1}）^{2}}{{c}_{1}×（3{c}_{1}-1.5）^{3}}$，
故答案為：$\frac{（2-2{c}_{1}）^{2}}{{c}_{1}×（3{c}_{1}-1.5）^{3}}$；
（5）乙容器5min到達平衡，平衡時氮氣濃度為1.5mol/L，則v（N₂）=$\frac{\frac{4mol}{2L}-1.5mol/L}{5min}$=0.1mol/（L．min），速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，v（H₂）=3v（N₂）=0.3mol/（L．min），
故答案為：0.3mol/（L．min）；
Ⅲ．a(chǎn)．提高NH₃的濃度，平衡正向移動，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率增大，故a正確；
b．增大壓強，平衡正向移動，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率增大，故b正確；
c．尿素為液體，及時轉(zhuǎn)移生成的尿素，不影響平衡移動，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故c錯誤；
d．使用更高效的催化劑，縮短到達平衡時間，不影響平衡移動，CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率不變，故d錯誤，
故選：ab．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算與影響因素、反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、反應(yīng)熱計算等，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計算能力的考查，難度中等．