Question

12．H₂是重要的化工原料，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中具有重要地位，回答下列問(wèn)題：
（1）如何獲得廉價(jià)的氫氣是合成氨工業(yè)中的重要課題．目前常用戊烷跟水蒸氣反應(yīng)的方法獲得氨氣：
  C₅H₁₂（g）+5H₂O（g）$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{高溫}$5CO（g）+11H₂（g）
已知幾個(gè)反應(yīng)的能量變化如圖所示，則上述反應(yīng)的△H=c-5a-11bkJ•mol^-1．

（2）利用氫氣合成氨的反應(yīng)原理為：3H₂（g）+N₂（g）$\frac{\underline{\;高溫、高壓\;}}{催化劑}$2NH₃（g）現(xiàn)有甲、乙、丙3個(gè)固定容積為2L的密閉容器，在相同溫度和催化劑條件下，按不同的反應(yīng)物投入量進(jìn)行合成氨反應(yīng)，相關(guān)數(shù)據(jù)如下表示：

容器	甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量	2molH2、2molN2	4molH2、4molN2	2molNH3
平衡時(shí)N2的濃度（mol•L-1）	c1	1.5	C3
N2的體積分?jǐn)?shù)	w 1	w 2	w 3
混合氣體的密度（g•L-1）	?ρ1	?ρ2	?ρ3?

①下列描述不能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是a（填序號(hào)）
a．容器內(nèi)混合氣體的密度保持不變   
b.3v _正（N₂）=v _逆（H₂）
c．容器內(nèi)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變
②乙容器中的反應(yīng)在20min后達(dá)到平衡，這段時(shí)間內(nèi)NH₃的平均反應(yīng)速率v（NH₃）=0.05mol•L^-1•min^-1，該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=5.33L²•mol^-2（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）；
③分析上表中的數(shù)據(jù)，下列關(guān)系正確的是ac（填序號(hào)）．
a．c₁＞c₃                 b．w ₁＜w ₂            c．ρ₂＞ρ₁＞ρ_3???_???_?
④在合成氨工業(yè)中，為了提高反應(yīng)物的利用率，除了要提供適宜的溫度、壓強(qiáng)和使用催化劑外，還要采取的措施是將產(chǎn)物混合氣中的氨冷卻分離后，剩余氣體循環(huán)使用．
（3）一定條件下存在反應(yīng)：H₂（g）+I₂（g）?2HI（g）△H＜0，現(xiàn)有甲、乙兩個(gè)完全相同的恒容絕熱密閉容器，在甲中充入1molH₂和1molI₂（g），在乙中充入2molHI（g）．同時(shí)在700℃條件下開(kāi)始反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)有關(guān)說(shuō)法正確的是
①容器甲中氣體的正反應(yīng)速率比容器乙中的快（填“快”、“慢”或“相同”）
②容器甲中氣體的平衡常數(shù)比容器乙中的�。ㄌ睢按蟆�、“小”或“相等”）
③容器甲中氣體的顏色比容器乙中的深（填“深”、“淺”或“相同”）

Answer 1

分析 （1）由可知：
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-aKJ•mol；
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-bKJ•mol；
③C₅H₁₂（g）+8O₂（g）=5CO₂（g）+6H₂O（g）△H=-cKJ•mol，由蓋斯定律可知C₅H₁₂（g）+5H₂O（g） $\frac{\underline{催化劑}}{△}$5CO（g）+11H₂（g）△H=5①+11②-③；
（2）①化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不再改變，由此衍生的一些物理量也不變，結(jié)合反應(yīng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析；
②3H₂（g）+N₂（g） $\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃（g）
初起（mol•L^-1）：2               2                      0
變化（mol•L^-1）：1.5          0.5                   1
平衡（mol•L^-1）：0.5           1.5                  1
根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算，平衡常數(shù)等于平衡時(shí)生成物濃度冪之積比上反應(yīng)物濃度冪之積；
③a．丙相當(dāng)在甲的基礎(chǔ)上減少氫氣，平衡逆向移動(dòng)，氮?dú)獾臐舛仍龃螅�所以c_l＞c₃； 
b．乙相當(dāng)在甲基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，所以w_l＞w₂；
c．根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$，體積相同，氣體的質(zhì)量越大密度越大，m_乙＞m_甲＞m_丙，所以ρ₂＞ρ₁＞ρ₃；
④將產(chǎn)物混合氣中的氨冷卻分離后，剩余氣體循環(huán)使用，也可以使平衡正向移動(dòng)，提高反應(yīng)物的利用率；
（3）①容器甲中從正反應(yīng)開(kāi)始到達(dá)平衡，容器乙中從逆反應(yīng)開(kāi)始到達(dá)，平衡建立的途徑不相同；
②溫度相同時(shí)，甲乙兩容器中達(dá)到的平衡相同，平衡常數(shù)相同，但絕熱容器乙中所到達(dá)的平衡狀態(tài)，相當(dāng)于在容器甲中平衡的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)；
③容器乙中所到達(dá)的平衡狀態(tài)，相當(dāng)于在容器甲中平衡的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)．

解答 解：（1）由可知：
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-aKJ•mol；
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-bKJ•mol；
③C₅H₁₂（g）+8O₂（g）=5CO₂（g）+6H₂O（g）△H=-cKJ•mol，由蓋斯定律可知C₅H₁₂（g）+5H₂O（g） $\frac{\underline{催化劑}}{△}$5CO（g）+11H₂（g）△H=5①+11②-③=c-5a-11b，
故答案為：c-5a-11b；
（2）①a．容器內(nèi)混合氣體的密度一直保持不變，不能作平衡的標(biāo)志，故選；
b．3v_正（N₂）=v_正（H₂）═v_逆（H₂），達(dá)平衡狀態(tài)，故不選；
c．容器內(nèi)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變，說(shuō)明氣體的物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故不選；
故答案為：a；
②3H₂（g）+N₂（g） $\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃（g）
初起（mol•L^-1）：2               2                         0
變化（mol•L^-1）：1.5           0.5                      1
平衡（mol•L^-1）：0.5           1.5                     1
根據(jù)v（NH₃）=$\frac{1mol/L}{20min}$=0.05mol•L^-1•min^-1，
K=$\frac{{1}^{2}}{0．{5}^{3}×1.5}$=5.33，
故答案為：0.05；5.33；
③a．丙相當(dāng)在甲的基礎(chǔ)上減少氫氣，平衡逆向移動(dòng)，氮?dú)獾臐舛仍龃�，所以c_l＞c₃，故正確； 
b．乙相當(dāng)在甲基礎(chǔ)上增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，所以w_l＞w₂，故錯(cuò)誤；
c．根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$，體積相同，氣體的質(zhì)量越大密度越大，m_乙＞m_甲＞m_丙，所以ρ₂＞ρ₁＞ρ₃，故正確；
故答案為：ac；
④將產(chǎn)物混合氣中的氨冷卻分離后，剩余氣體循環(huán)使用，也可以使平衡正向移動(dòng)，提高反應(yīng)物的利用率，
故答案為：將產(chǎn)物混合氣中的氨冷卻分離后，剩余氣體循環(huán)使用；
（3）①容器甲中從正反應(yīng)開(kāi)始到達(dá)平衡，容器乙中從逆反應(yīng)開(kāi)始到達(dá)，平衡建立的途徑不相同，反應(yīng)速率，甲正反應(yīng)速率大于乙，故答案為：快；
B．溫度相同時(shí)，甲乙兩容器中達(dá)到的平衡相同，平衡常數(shù)相同，但絕熱容器乙中所到達(dá)的平衡狀態(tài)，相當(dāng)于在容器甲中平衡的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，K（甲）＜K（乙），故答案為：�。�
C．容器乙中所到達(dá)的平衡狀態(tài)，相當(dāng)于在容器甲中平衡的基礎(chǔ)上降低溫度，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，故容器甲中的氣體顏色比容器乙中的氣體顏色深，故答案為：深．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡移動(dòng)及平衡常數(shù)與計(jì)算、合成氨條件的選擇等，題目難度中等，關(guān)鍵是三行式的應(yīng)用，要求學(xué)生要有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和靈活應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力．