Question

4．經(jīng)過德國化學(xué)家哈伯、波施等的不懈努力，成功地開發(fā)了合成氨的生產(chǎn)工藝．如今世界各國科學(xué)家為提高氨的產(chǎn)量，降低能耗做著各種有益的探索．試回答下列問題：
（1）在一定條件下，分別將1molN₂和3molH₂置于恒壓容器Ⅰ和恒容容器Ⅱ中（兩容器起始容積相同）充分反應(yīng)，二者均達到平衡狀態(tài)，則兩容器中NH₃的體積分數(shù)是Ⅰ＞Ⅱ（填“＜”“＞”“=”）
（2）若該反應(yīng)在10L的密閉容器中進行．起始時分別充入1molN₂和1mol H₂，在不同條件下進行，反
應(yīng)體系中總壓強隨時間變化如圖1所示．則：
生成NH₃的反應(yīng)速率由大到小的順序為bca，與實驗a相比，c組改變的實驗條件是升高溫度，
實驗b中N₂的平衡轉(zhuǎn)化率為30%．
（3）合成氨用的H₂可以用CH₄為原料制得，有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的能量變化如圖2所示，則CH₄（g）和H₂O（g）反應(yīng)產(chǎn)生水煤氣的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+H₂O（g）=3H₂（g）+CO（g）△H=+159 kJ/mol．

（4）近年來有人將電磁場直接加在N₂和H₂反應(yīng)的容器內(nèi)，在較低的溫度和壓強條件下合成NH₃，獲得了較好的產(chǎn)率，從化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)角度分析，電磁場對合成氨反應(yīng)的作用是電磁場的作用下氮氮三鍵更易斷裂，降低了反應(yīng)所需活化能，反應(yīng)易發(fā)生，與傳統(tǒng)的合成氨的方法比較，該方法的優(yōu)點是節(jié)能減排，降低了設(shè)備要求．

Answer 1

分析 （1）恒壓容器相當于恒容容器加壓，則平衡正向移動；
（2）根據(jù)到達平衡用時的多少可以比較出反應(yīng)速率的大小；再根據(jù)圖象中的曲線的變化趨勢判斷出條件的改變；對于氣體來講，壓強之比就等于物質(zhì)的量之比，進而求得轉(zhuǎn)化率；
（3）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學(xué)方程式；
（4）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是舊鍵的斷裂和新鍵的形成分析；從溫度和壓強的角度考慮．

解答 解：（1）已知N₂+3H₂?2NH₃，該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，相同溫度下，分別將1molN₂和3molH₂置于恒壓容器Ⅰ和恒容容器Ⅱ中（兩容器起始容積相同）充分反應(yīng)，
恒壓容器相當于恒容容器加壓，則平衡正向移動，所以恒壓容器Ⅰ中NH₃的體積分數(shù)大于恒容容器Ⅱ，
故答案為：＞；
（2）根據(jù)到abc達平衡用時的多少可以比較出反應(yīng)速率的大小為：b＞c＞a；與a相比，c實驗到達平衡時總壓強變大，說明平衡逆向移動，而化學(xué)反應(yīng)速率變大，考慮到該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以是升高溫度所導(dǎo)致的，根據(jù)壓強之比就等于物質(zhì)的量之比，實驗b中N₂的平衡轉(zhuǎn)化率為：$\frac{786-550.2}{786}$×100%=30%，
故答案為：bca；升高溫度；30%；
（3）由圖2可知：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-846KJ/mol ①
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-482KJ/mol②
 2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=+564KJ/mol③
將[①×2-②×3-③]×$\frac{1}{2}$可得：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=[（-846．KJ/mol）×2-（-482KJ/mol ）×3-（+546KJ/mol ）]×$\frac{1}{2}$=+159 kJ/mol，所以CH₄（g）與H₂O（g）反應(yīng)生成CO（g）和H₂（g）的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+H₂O（g）=3H₂（g）+CO（g）△H=+159 kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）=3H₂（g）+CO（g）△H=+159 kJ/mol；
（4）在電磁場的作用下氮氮三鍵更容易斷裂，降低了反應(yīng)所需要的能量，反應(yīng)更容易進行；傳統(tǒng)的合成氨的條件是高溫、高壓，該方法的優(yōu)點是低溫、低壓，這樣就節(jié)約了能源、降低了對設(shè)備的要求，
故答案為：電磁場的作用下氮氮三鍵更易斷裂，降低了反應(yīng)所需活化能，反應(yīng)易發(fā)生；節(jié)能減排，降低了設(shè)備要求．

點評 本題考查了化學(xué)平衡有關(guān)知識，注意把握反應(yīng)的原理，關(guān)鍵是要學(xué)生能正確理解影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的因素，試題培養(yǎng)了學(xué)生分析問題的能力和解決問題能力，題目難度中等．