Question

（1）合成氨时用的氢气可以甲烷为原料制得．有关化学反应的能量变化如图1、2、3所示，则CH4（g）与H2O（g

（1）合成氨时用的氢气可以甲烷为原料制得．有关化学反应的能量变化如图1、2、3所示，则CH4（g）与H2O（g）反应生成CO（g）和H2（g）的热化学方程式为：______（2）在容积不变的密闭容器中，分别充入1.0mol N2和3.0mol H2，任其发生反应：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g），分别在不同时间测定NH3的含量，然后绘制出图4：①A、C段的曲线是增函数，C、E段曲线是减函数，试从反应速率和化学平衡的角度说明理由：______②在实际生产上，合成氨反应一般选择在500℃左右的温度下进行，试从化学平衡移动原理和综合因素等角度分析“选择在500℃左右下进行”的原因：______（3）尿素（H2NCONH2）是一种非常重要的高氮化肥，工业上常用氨和CO2合成尿素，反应如下：2NH3（l）+CO2（g）?H2O（l）+H2NCONH2（l）△H=-103.7kJ?mol-1合成尿素的反应在进行时分为如下两步：第一步：2NH3（l）+CO2（g）?H2NCOONH4（氨基甲酸铵） （l）△H1第二步：H2NCOONH4（l）?H2O（l）+H2NCONH2（l）△H2某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0.5L密闭容器中投入4mol氨和1mol二氧化碳，实验测得反应中各组分随时间的变化如图5所示：①已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第______步反应决定，总反应进行到______min时到达平衡．②反应进行到10min时测得CO2的物质的量如图5所示，则用CO2表示的第一步反应的速率v（CO2）=______．③第二步反应的平衡常数K随温度的变化如图6所示，则△H2______0（填“＞”“＜”或“=”）

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Answer 1

（1）图1热化学方程式为：CO（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H=-282kJ/mol①
图2热化学方程式为：H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H=-241.8kJ/mol②
图3热化学方程式为：CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-846.3kJ/mol③
依据盖斯定律：③-①-②×3得到：CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CO（g）和H₂（g）的热化学方程式为：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+161.1kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+161.1kJ/mol；
（2）①A、C段的曲线是增函数，C、E段曲线是减函数，分析反应可知，AC段开始反应物浓度大反应速率快，氨气的含量增大，达到平衡后达到最大，反应是放热反应，随温度升高，平衡逆向进行氨气含量减小，故CE段是减函数，
故答案为：AC段开始反应物浓度大反应速率快，氨气的含量增大，达到平衡后达到最大，反应是放热反应，随温度升高，平衡逆向进行氨气含量减小，故CE段是减函数；
②在实际生产上，合成氨反应一般选择在500℃左右的温度下进行，因为此温度下催化剂活性最大，具有一定的反应速率，达到生产效益，合成氨的反应是放热反应，依据平衡移动原理，温度越低越有利于平衡正向进行，但温度过低，反应速率很小单位时间内氨气的产量低，工业生产中不经济，温度500℃，具有一定反应速率，且此时催化剂的活性最大，
故答案为：合成氨的反应是放热反应，依据平衡移动原理，温度越低越有利于平衡正向进行，但温度过低，反应速率很小单位时间内氨气的产量低，工业生产中不经济，温度500℃，具有一定反应速率，且此时催化剂的活性最大；
（3）①由图象可知在15分钟左右，氨气和二氧化碳反应生成氨基甲酸铵后不再变化发生的是第一步反应，氨基甲酸铵先增大再减小最后达到平衡，发生的是第二步反应，从曲线斜率不难看出第二步反应速率慢，所以已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第二步决定，由图象变化可知当进行到55分钟时，反应达到平衡，
故答案为：2；55；
②依据图象分析，二氧化碳再进行到 10min时物质的量为0.26mol，所以此时的反应速率=

1mol?0.26mol 0.5L

10min

=0.146mol/L?min，
故答案为：0.146mol/L?min；
③第二步反应的平衡常数K随温度的升高增大，说明反应是吸热反应，△H₂＞0，
故答案为：＞．