Question

（1）合成氨時用的氫氣可以甲烷為原料制得．有關化學反應的能量變化如圖1、2、3所示，則CH₄（g）與H₂O（g）反應生成CO（g）和H₂（g）的熱化學方程式為：

 

（2）在容積不變的密閉容器中，分別充入1.0mol N₂和3.0mol H₂，任其發(fā)生反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），分別在不同時間測定NH₃的含量，然后繪制出圖4：
①A、C段的曲線是增函數(shù)，C、E段曲線是減函數(shù)，試從反應速率和化學平衡的角度說明理由：

 

②在實際生產上，合成氨反應一般選擇在500℃左右的溫度下進行，試從化學平衡移動原理和綜合因素等角度分析“選擇在500℃左右下進行”的原因：

 

（3）尿素（H₂NCONH₂）是一種非常重要的高氮化肥，工業(yè)上常用氨和CO₂合成尿素，反應如下：
2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H=-103.7kJ?mol^-1
合成尿素的反應在進行時分為如下兩步：
第一步：2NH₃（l）+CO₂（g）?H₂NCOONH₄（氨基甲酸銨） （l）△H₁
第二步：H₂NCOONH₄（l）?H₂O（l）+H₂NCONH₂（l）△H₂
某實驗小組模擬工業(yè)上合成尿素的條件，在一體積為0.5L密閉容器中投入4mol氨和1mol二氧化碳，實驗測得反應中各組分隨時間的變化如圖5所示：

①已知總反應的快慢由慢的一步決定，則合成尿素總反應的快慢由第

 

步反應決定，總反應進行到

 

min時到達平衡．
②反應進行到10min時測得CO₂的物質的量如圖5所示，則用CO₂表示的第一步反應的速率v（CO₂）=

 

．
③第二步反應的平衡常數(shù)K隨溫度的變化如圖6所示，則△H2

0（填“＞”“＜”或“=”）

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學平衡建立的過程,化學平衡的影響因素

專題：化學平衡專題

分析：（1）依據圖象分析寫出熱化學方程式，依據蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（2）①分析圖象變化趨勢，結合合成氨的反應特征，化學反應速率和平衡移動原理分析回答；
②結合合成氨反應是放熱反應，依據平衡移動原理，溫度越低越易生成氨氣，根據生產實際和經濟效益，選擇合適的溫度，催化劑活性最大是反應進行的較完全；
（3）①已知總反應的快慢由慢的一步決定，結合圖象變化趨勢，圖象表達反應的判斷，反應快慢可以依據第一步和第二步反應的曲線斜率比較大小；當氨基甲酸銨，尿素物質的量不再變化時，反應達到平衡；
②分析圖象計算10分鐘時二氧化碳的消耗物質的量，結合化學反應速率概念計算得到；
③依據化學平衡常數(shù)的表達意義和計算分析判斷平衡移動方向．

解答： 解：（1）圖1熱化學方程式為：CO（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H=-282kJ/mol①
圖2熱化學方程式為：H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol②
圖3熱化學方程式為：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-846.3kJ/mol③
依據蓋斯定律：③-①-②×3得到：CH₄（g）與H₂O（g）反應生成CO（g）和H₂（g）的熱化學方程式為：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+161.1kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+161.1kJ/mol；
（2）①A、C段的曲線是增函數(shù)，C、E段曲線是減函數(shù)，分析反應可知，AC段開始反應物濃度大反應速率快，氨氣的含量增大，達到平衡后達到最大，反應是放熱反應，隨溫度升高，平衡逆向進行氨氣含量減小，故CE段是減函數(shù)，
故答案為：AC段開始反應物濃度大反應速率快，氨氣的含量增大，達到平衡后達到最大，反應是放熱反應，隨溫度升高，平衡逆向進行氨氣含量減小，故CE段是減函數(shù)；
②在實際生產上，合成氨反應一般選擇在500℃左右的溫度下進行，因為此溫度下催化劑活性最大，具有一定的反應速率，達到生產效益，合成氨的反應是放熱反應，依據平衡移動原理，溫度越低越有利于平衡正向進行，但溫度過低，反應速率很小單位時間內氨氣的產量低，工業(yè)生產中不經濟，溫度500℃，具有一定反應速率，且此時催化劑的活性最大，
故答案為：合成氨的反應是放熱反應，依據平衡移動原理，溫度越低越有利于平衡正向進行，但溫度過低，反應速率很小單位時間內氨氣的產量低，工業(yè)生產中不經濟，溫度500℃，具有一定反應速率，且此時催化劑的活性最大；
（3）①由圖象可知在15分鐘左右，氨氣和二氧化碳反應生成氨基甲酸銨后不再變化發(fā)生的是第一步反應，氨基甲酸銨先增大再減小最后達到平衡，發(fā)生的是第二步反應，從曲線斜率不難看出第二步反應速率慢，所以已知總反應的快慢由慢的一步決定，則合成尿素總反應的快慢由第二步決定，由圖象變化可知當進行到55分鐘時，反應達到平衡，
故答案為：2；55；
②依據圖象分析，二氧化碳再進行到 10min時物質的量為0.26mol，所以此時的反應速率=

1mol-0.26mol 0.5L

10min

=0.146mol/L?min，
故答案為：0.146mol/L?min；
③第二步反應的平衡常數(shù)K隨溫度的升高增大，說明反應是吸熱反應，△H₂＞0，
故答案為：＞．

點評：本題考查了化學平衡、化學反應速率的影響因素判斷，圖象分析反應的進行程度，熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，掌握基礎，分析題干是解題關鍵，題目難度中等．