合成氨是人类科学技术上的一项重大突破。

1. 合成氨是人类科学技术上的一项重大突破。

(1) 已知化学键相关数据如下：

化学键	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
键能 $\text{[math]}$	436	946	391

$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ，该反应自发进行的条件是。

(2) 研究表明，合成氨反应在 $\text{[math]}$ 催化剂上可能通过如下机理进行( $\text{[math]}$ 表示催化剂表面吸附位， $\text{[math]}$ 表示被吸附于催化剂表面的 $\text{[math]}$ )。判断下述反应机理中，速率控制步骤(即速率最慢步骤)为(填步骤前的标号)，理由是。

(i) $\text{[math]}$ 　　(ii) $\text{[math]}$ 　　(iii) $\text{[math]}$

(iv) $\text{[math]}$ 　　(v) $\text{[math]}$

(3) 为研究温度对合成氨效率的影响，在某温度T下，将一定量 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的混合气体置于恒容密闭容器中，在t时刻测得容器中 $\text{[math]}$ 的物质的量。然后分别在不同温度下，保持其它初始实验条件不变，重复上述实验，经过相同时间测得 $\text{[math]}$ 的物质的量。在图中坐标系中，画出 $\text{[math]}$ 随温度变化的曲线示意图。

(4) 在不同压强下，以两种不同组成进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如下图所示。其中一种进料组成为 $\text{[math]}$ ，另一种为 $\text{[math]}$ 。(物质i的摩尔分数： $\text{[math]}$ 总)

下列说法中不正确的是___________。

A. 当氨气的体积分数保持不变时可以判断反应已达平衡 B. 低温高压有利于提高合成氨的平衡产率 C. 压强由大到小的顺序为 $\text{[math]}$ D. 进料组成中含有惰性气体 $\text{[math]}$ 的是图3

(5) 某温度下，进料组成为 $\text{[math]}$ ，保持体系压强 $\text{[math]}$ 不变，当反应达到平衡时测得 $\text{[math]}$ ，则该温度下反应 $\text{[math]}$ 的 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。( $\text{[math]}$ 表示用平衡分压代替平衡浓度求得的平衡常数，分压=总压×气体的摩尔分数)

【考点】

反应热和焓变; 化学平衡常数;

【答案】

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综合题普通

1. 丙酮蒸气热裂解可生产乙烯酮，反应为

(g)⇌O=C=CH₂(g)+CH₄(g) $\text{[math]}$ ，现对该热裂解反应进行研究，回答下列问题：

化学键	C−H	C−C	C=C
键能 $\text{[math]}$	412	348	612

(1) 根据表格中的键能数据，计算 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ；

(2) 丙酮的平衡转化率随温度、压强变化如图所示：

①图中X表示的物理量是；

②A、C两点化学平衡常数K_AK_C(填“>”、“<”或“=”)；

③恒容下，既可提高反应速率，又可提高丙酮平衡转化率的一条合理措施是。

(3) 在容积可变的恒温密闭容器中，充入丙酮蒸气维持恒压(110kPa)经过时间tmin，丙酮转化了10％。

①用单位时间内气体分压变化表示的反应速率v(丙酮)=kPa/min；

②该条件平衡时丙酮转化率为a，则K_P=(以平衡时分压代替浓度计算)(分压总压×物质的量分数)

(4) 其他条件相同，在甲、乙两种催化剂作用下发生该反应，相同时间时丙酮的转化率与温度的关系如图所示。工业上选择催化剂(填“甲”或“乙”)。

综合题普通

2. 工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨： $\text{[math]}$ ，实现了人工固氮。

(1) 该反应的化学平衡常数表达式为。

(2) 测得在一定条件下氨的平衡含量如下表。

温度/℃	压强/MPa	氨的平衡含量
200	10	81.5%
550	10	8.25%

①该反应为放热反应，结合表中数据说明理由。

②哈伯选用的条件是550℃、10MPa，而非200℃、10MPa，可能的原因是。

(3) 某温度下，将N₂和H₂按一定比例充入1L恒容容器中，平衡后测得数据如下表：

	N₂	H₂	NH₃
平衡时各物质的物质的量/(mol)	1.00	3.00	1.00

①此条件下H₂的平衡转化率=。(保留一位小数)

②若平衡后，再向平衡体系中加入N₂、H₂和NH₃各1.00 mol，此时反应向方向(填“正反应”或“逆反应”)，结合计算说明理由：。

(4) 合成氨生产流程示意图如下。

①流程中，有利于提高原料利用率的措施是；有利于提高单位时间内氨的产率的措施有。(每空至少答出两点)

②“干燥净化”中，有一步操作是用铜氨液除去原料气中的CO，其反应为： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。对吸收CO后的铜氨废液应该怎样处理？请提出你的建议：。

(5) 实验室研究是工业生产的基石。下图中的实验数据是在其他条件不变时，不同温度(200℃、400℃、600℃)、压强下，平衡混合物中NH₃的物质的量分数的变化情况。

①曲线a对应的温度是。

②M、N、Q点平衡常数K的大小关系是。

综合题普通

3. 工业上，可以用 $\text{[math]}$ 还原NO，发生反应： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。回答下列问题：

(1) 研究发现，总反应分两步进行：① $\text{[math]}$ ；② $\text{[math]}$ 。相对能量与反应历程如图所示。

加入催化剂，可降低(填序号)反应的活化能。

(2) 已知共价键的键能：

共价键	N=O	H—H	$\text{[math]}$	H—O
键能 $\text{[math]}$	607	436	946	463

$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

(3) $\text{[math]}$ 的速率方程为 $\text{[math]}$ ( $\text{[math]}$ 为速率常数，只与温度、催化剂有关)。一定温度下，不同初始浓度与正反应速率关系相关数据如下表。

实验	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$	$\text{[math]}$
a	0.1	0.1	v
b	0.2	0.1	$\text{[math]}$
c	0.1	0.2	$\text{[math]}$
d	0.2	x	$\text{[math]}$

① $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 。

②已知：速率常数(k)与活化能( $\text{[math]}$ )、温度(T)的关系式为 $\text{[math]}$ (R为常数)。总反应在催化剂Cat1、Cat2作用下， $\text{[math]}$ 与T关系如图所示。相同条件下，催化效能较高的是，简述理由：。

(4) 体积均为 $\text{[math]}$ 的甲、乙反应器中都充入 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ ，发生上述反应。测得 $\text{[math]}$ 的物质的量与反应时间的关系如图所示。

仅一个条件不同，相对于甲、乙改变的条件是。甲条件下平衡常数 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ 。

综合题普通