Question

2．氫氣是清潔能源，也是重要的化工原料．
（1）以H₂為原料制取氨氣進而合成CO（NH₂）₂的反應如下：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.40kJ•mol^-1
2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-86.98kJ•mol^-1則N₂（g）、H₂（g）與CO₂（g）反應生成CO（NH₂）₂（s）和H₂O（l）的熱化學方程式為N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-179.38KJ/mol．
（2）已知H₂S高溫熱分解制H₂的反應為H₂S（g）?H₂（g）+$\frac{1}{2}$S₂（g）．在體積為2L的恒容密閉容器中，通入3.5molH₂S，控制不同溫度進行H₂S的分解實驗，測得H₂S的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖1所示．
①985℃時，反應經(jīng)7min達到平衡，則上述反應從起始至7min內(nèi)的反應速率v（S₂）=0.05mol/（L•min）．
②反應S₂（g）+2H₂（g）?2H₂S（g）的△H＜（填“＞”或“＜”）0．
（3）使用石油熱裂解的副產(chǎn)物CH₄來制取CO和H₂，其生產(chǎn)流程如圖2所示：

①此流程的第Ⅰ步反應為CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），一定條件下CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖3所示．則p₁＜（填“＜”“＞”或“=”）p₂．
②100℃時，將3mol CH₄和4molH₂O通入容積為100L的恒容密閉容器中，達到平衡時容器中CO（g）和H₂O（g））的濃度相同．100℃時該反應的平衡常數(shù)K=0.0216．

Answer 1

分析 （1）N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.40kJ•mol^-1 ①
2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-86.98kJ•mol^-1 ②
根據(jù)蓋斯定律將①+②計算可得；
（2）①根據(jù)在985℃時，H₂S的轉(zhuǎn)化率為40%，即可求出H₂S的物質(zhì)的量的該變量，然后根據(jù)在反應中，物質(zhì)的量的該變量之比等于計量數(shù)之比，即可求出S₂的物質(zhì)的量的該變量，然后根據(jù)v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$來計算反應速率．
②據(jù)圖可知，溫度越高，H₂S的平衡轉(zhuǎn)化率越高，則說明升高溫度，反應H₂S=H₂（g）+$\frac{1}{2}$S₂（g）平衡右移，反應吸熱，據(jù)此判斷；
（3）①采取控制變量法分析，由圖可知溫度相同時，到達平衡時，壓強為P₁的CH₄轉(zhuǎn)化率高，反應為氣體體積增大的反應，增大壓強平衡向體積減小的方向移動；
②依據(jù)化學平衡三段式列式計算平衡濃度結(jié)合平衡常數(shù)概念計算得到．

解答 解：（1）已知：N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.40kJ•mol^-1 ①
2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-86.98kJ•mol^-1 ②
將①+②可得：
N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=（-92.4KJ/mol）+（-86.98KJ/mol）=-179.38KJ/mol，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（l）△H=-179.38KJ/mol．
（2）①在985℃時，H₂S的轉(zhuǎn)化率為40%，H₂S的物質(zhì)的量的該變量△n=3.5mol×40%=1.4mol，在反應中，物質(zhì)的量的該變量之比等于計量數(shù)之比，故S₂的物質(zhì)的量的該變量△n=0.7mol，故反應速率v（S₂）=v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.7mol}{2L}}{7min}$=0.05mol/（L•min），故答案為：0.05mol/（L•min）；
②據(jù)圖可知，溫度越高，H₂S的平衡轉(zhuǎn)化率越高，則說明升高溫度，反應H₂S=H₂（g）+$\frac{1}{2}$S₂（g）平衡右移，反應吸熱，故反應S₂（g）+2H₂（g）=2H₂S（g）放熱，即△H＜0，故答案為：＜；
（3）①由圖可知溫度相同時，到達平衡時，壓強為P₁的CH₄轉(zhuǎn)化率高，平衡向正反應方向移動，反應為氣體體積增大的反應，增大壓強平衡向體積減小的方向移動，即P₁＜P₂；故答案為：＜；
②100℃時，將3mol CH₄和4mol H₂O通入容積為100L的恒容密閉容器中，CO（g）和H₂O（g））的濃度相同，
               CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol/L） 0.03    0.04       0        0
變化量（mol/L） 0.02    0.02     0.02     0.06
平衡量（mol/L） 0.01    0.02     0.02      0.06
平衡常數(shù)K=$\frac{c（CO）c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}{c（CH{\;}_{4}）c（H{\;}_{2}O）}$=$\frac{0.02×0.06{\;}^{3}}{0.01×0.02}$=0.0216；
故答案為：0.0216．

點評 本題考查了利用蓋斯定律來解題和反應速率的求算、平衡的計算以及利用溫度對平衡轉(zhuǎn)化率的影響來分析反應吸熱還是放熱等，難度不大．