Question

Ⅱ．據報道，在一定條件下，N₂在摻有少量氧化鐵的二氧化鈦催化劑表面能與水發(fā)生反應，主要產物為NH₃，相應的反應方程式為：2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=Q．

（1）上述反應的平衡常數表達式為

 

．
（2）取五份等體積N₂和H₂O的混合氣體（物質的量之比均為1：3），分別加入體積相同的恒玉密閉容器中，在溫度不相同的情況下發(fā)生反應，反應相同時間后，測得氮氣的體積分數φ（N₂）與反應溫度T的關系曲線如圖1所示，則上述反應的Q

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）若上述反應在有人化劑的情況下發(fā)生，則圖2所示的a、b、c、d四條曲線中，能表示反應體系能量變化的是

 

（選填字母代號），圖中△H的絕對值為1530kJ?mol^-1．
Ⅲ．目前工業(yè)合成氨的原理是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ?mol^-1．
回答下列問題：
（1）結合Ⅱ中數據，則2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）的△H=

 

．
（2）在一定溫度下，將1mol N₂和3mol H₂混合置于體積不變的密閉容器中發(fā)生反應，達到平衡狀態(tài)時，測得氣體總物質的量為2.8mol．
①達平衡時，H₂的轉化率α₁=

 

．
②在相同條件下，若起始時只將NH₃置于該容器中，達到平衡狀態(tài)時NH₃的轉化率為α₂，當α₁+α₂=1時，則起始時NH₃的物質的量n（NH₃）=

 

mol．

Answer 1

考點：化學平衡常數的含義,反應熱和焓變

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積；
（2）曲線的變化先增大后變�。�我們知道溫度升高反應速率加快．在此題中，反應相同時間，低溫下的兩點是未達到平衡的兩點，隨溫度的升高，氮氣的體積分數隨溫度升高而變大，曲線的最高點是某溫度下達到平衡的點，之后的兩點，皆是平衡后的氮氣的體積分數，且隨溫度升高而降低，則生成氨氣的反應是放熱反應；
（3）根據（2）的結論，反應是放熱反應，應從c、d曲線中找答案，使用催化劑可以降低反應的活化能；
Ⅲ．（1）根據蓋斯定律求出目標反應方程式，求出反應熱；
（2）根據差量法求出參加反應的H₂，然后求出轉化率；
（3）根據題意可以判斷出是從正逆兩個方向建立的平衡，由此推斷出起始時NH₃的物質的量為2mol．

解答： 解：（1）上述反應的平衡常數表達式為：K=

c4(NH3)c3(O2)

C2(N2)C6(H2O)

，故答案為：

c4(NH3)c3(O2)

C2(N2)C6(H2O)

；
（2）曲線的變化先增大后變小．我們知道溫度升高反應速率加快．在此題中，反應相同時間，低溫下的兩點是未達到平衡的兩點，隨溫度的升高，氮氣的體積分數隨溫度升高而變大，曲線的最高點是某溫度下達到平衡的點，之后的兩點，皆是平衡后的氮氣的體積分數，且隨溫度升高而降低，則生成氨氣的反應是放熱反應，即此反應的正反應為放熱反應，即Q＜0，故答案為：＜；
（3）根據（2）的結論，反應是放熱反應，應從c、d曲線中找答案，使用催化劑可以降低反應的活化能，因此應該選d；
故答案為：d．
Ⅲ．（1）2N₂（g）+6H₂O（g）═4NH₃（g）+3O₂（g）△H=-1530kJ?mol^-1 ①
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ?mol^-1 ②
根據蓋斯定律：②×

2

3

-①×

1

3

，得：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=2/3×（-93 kJ?mol^-1）-1/3×（-1530 kJ?mol^-1）=-572kJ?mol^-1；
故答案為：-572kJ?mol^-1；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△n
      1       3         2        2
             1.8mol          （4-2.8）mol
 H₂的轉化率α₁為轉化率為

1.8mol

3mol

×100%=60%；
故答案為：60%；
②根據題意可以判斷出是從正逆兩個方向建立的平衡，由此推斷出起始時NH₃的物質的量為2mol，所以起始時NH₃的物質的量2mol，故答案為：2．

點評：本題以人工固氮為載體來考查化學反應原理中的電化學、化學反應的熱效應、化學反應的限度（平衡態(tài)的建立、轉化率、化學平衡與反應熱），難度中等．