综合题12.0分
化学

氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料,合成氨工业因此成为基本无机化工之一。回答下列问题:

23.如何获得廉价的氢气是合成氨工业中的重要课题,目前常用戊烷跟水蒸气反应的方法  获得氢气:    C5H12(g)+5H2O(g) 5CO(g)+11H2(g)已知几个反应的能量变化如下图所示,则上述反应的△H=______kJ·mol-1

24.合成氨的反应原理为:    3H2(g)+N2(g) 2NH3(g)

现有甲、乙、丙3个固定容积为2 L的密闭容器,在相同温度和催化剂条件下,按不同的反应物投入量进行合成氨反应,相关数据如下表所示:    

①下列描述不能说明该反应已达到平衡状态的是_______.(填序号);容器内混合气体的密度保持不变    b.3v(N2)==v(H2)c.容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变

②乙容器中的反应在20 min后达到平衡,这段时间内NH3的平均反应速率v(NH3)=    _____mol·L-1·min-1,该温度下,反应的平衡常数K=______L2·mol-2(结果保留3位有效数字);③分析上表中的数据,下列关系正确的是________(填序号)。 a.cl>c3    b.wl<w2    c.>>

25.在合成氨工业中,为了提高反应物的利用率,除了要提供适宜的温度、压强和使用催化剂外,还要采取的措施是________。

考察知识点

  • 质量数与质子数、中子数之间的相互关系

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第1小题正确答案及相关解析

正确答案

c-5a-11b

解析

根据能量变化图可以得出:

C5H12(g)+8O2(g) ==5CO2(g)+6H2O(g) △H= ckJ·mol-1 

  ①H2O(g) ===1/2O2(g)+H2(g)  △H= -bkJ·mol-1  

②CO2(g) ===1/2O2(g)+CO(g) △H= -akJ·mol-1  

根据盖斯定律,①+②×11+×5得出 C5H12(g)+5H2O(g) 5CO(g)+11H(g)△H=(c-5a-11b) kJ·mol-1 所以答案为:c-5a-11b.

考查方向

考查盖斯定律的应用和化学平衡的影响因素,特别是考查学生对表格数据的分析利用能力和利用勒夏特列原理分析平衡移动的思维。

解题思路

根据能量变化图可以得出:相关的热方程式,然后根据盖斯定律求解;

易错点

第2小题正确答案及相关解析

正确答案

①a     ②0.05;5.33     ③ac

解析

①a 气体的体积不变,质量守恒,所以密度始终不变,不能根密度不再变化来判断平衡状态,故a错误;    b.当3v(N2)==v(H2)时,说明单位时间内消耗的N2与单位时间内生成的N2量相等,故达到了平衡状态,b正确;c.该反应是一个反应前后气体物质的量发生变化的化学反应,由于反应前后质量守恒,所以容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变,就达到了平衡状态。故答案为a。

②乙容器中的反应在20 min后达到平衡时,消耗的N2为4-2×1.5=1mol,所以这段时间内N2的平均反应速率v(N2)= [1mol/(2L) ]/(20min)=1/40 mol·L-1·min-1,所以v(NH3)=2v(N2) =0.05_mol·L-1·min-1,平衡时c(N2)=1.5 mol·L-1  ,c(H2)=0.5 mol·L-1,c(NH3)=1 mol·L-1,所以该温度下,反应的平衡常数K=c2(NH3)/[c(N2) × c3(H2)]=5.33L2·mol-2,所以答案为:0.05;5.33   

&

考查方向

考查盖斯定律的应用和化学平衡的影响因素,特别是考查学生对表格数据的分析利用能力和利用勒夏特列原理分析平衡移动的思维。

解题思路

①a 气体的体积不变,质量守恒,所以密度始终不发生变化变;b.当3v(N2)==v(H2)时,说明单位时间内消耗的N2与单位时间内生成的N2量相等;c.该反应是一个反应前后气体物质的量发生变化的化学反应,由于反应前后质量守恒,所以容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变,就达到了平衡状态。

②根据乙容器中的反应在20 min后达到平衡时N2的浓度变化量求解出平均反应速率v(N2),再根据v(NH3)=2v(N2) 求解;根据平衡时c(N2)、c(H2)、c(NH3)求解该温度下反应的平衡常数K=c2(NH3)/[c(N2) × c3(H2)] ;  ③a由等效平衡进行判断;b.甲与乙为恒压条件下的等效平衡,然后将容器乙加压,根据乙中平衡移动判断;c.容器体积相同,根据容器中气体质量判断密度大小。

易错点

2)中等效平衡的实质理解不透导致解题错误。

第3小题正确答案及相关解析

正确答案

将产物混合气中的氨冷却分离后,剩余气体循环使用

解析

(3)在合成氨工业中,为了提高反应物的利用率,除了要提供适宜的温度、压强和使用催化剂外,还要可以通过将产物混合气中的氨冷却分离后以减小生成物的浓度,使得平衡正向移动,提高反应物的利用率,同时通过剩余气体循环使用提高反应物的利用率,故答案为将产物混合气中的氨冷却分离后,剩余气体循环使用。

考查方向

考查盖斯定律的应用和化学平衡的影响因素,特别是考查学生对表格数据的分析利用能力和利用勒夏特列原理分析平衡移动的思维。

解题思路

为了提高反应物的利用率,除考虑温度、压强和使用催化剂外,还要可以通过将产物混合气中的氨冷却分离后以减小生成物的浓度,使得平衡正向移动,提高反应物的利用率,同时通过剩余气体循环使用提高反应物的利用率。

易错点