Question

3．合成氨反應原理為：N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol．在500℃，20MPa時，將N₂和H₂通入到一定體積的密閉容器中，反應過程中各物質的物質的量變化如圖所示：
（1）在10～20min內NH₃濃度變化的原因可能是a（填字母）．
a．加了催化劑 b．降低溫度c．增加NH₃物質的量
（2）該可逆反應達到平衡的標志是ce（填字母）．
a．a(chǎn) mol N≡N鍵斷裂的同時，有6a mol N-H鍵合成
b．混合氣體的密度不再隨時間變化
c．容器內的總壓強不再隨時間而變化
d．N₂、H₂、NH₃的分子數(shù)之比為1：3：2
e．單位時間生成m mol N₂的同時消耗3m mol H₂
（3）在反應進行到25min時，曲線發(fā)生變化的原因是移走了生成的氨氣（或減小了氨氣的濃度）．
（4）據(jù)報道，一定條件下甲烷還原Fe₂O₃得到的“納米級”金屬鐵，可用作合成氨反應的催化劑．其反應為：Fe₂O₃（s）+3CH₄（g）?2Fe（s）+3CO（g）+6H₂（g） 該反應在5L的密閉容器中進行，2min后達到平衡，測得Fe₂O₃在反應中質量減少48g．則
該段時間內H₂的平均反應速率為0.18mol•（L•min）^-1．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖象知，平衡向正反應方向移動，10min時是連續(xù)的，三種氣體物質的速率增加倍數(shù)相同，說明為使用催化劑；
（2）反應N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃
a．a(chǎn) mol N≡N鍵斷裂的同時，有6a mol N-H鍵形成，方向相同，不能作為平衡的判斷，故錯誤；
b．混合氣體的質量不變，氣體的物質的量變化，故密度為變量，若密度不再隨時間變化，說明平衡，故正確；
c．容器內前后氣體的物質的量有變化，說明壓強時變量，總壓強不再隨時間而變化，說明平衡，故正確；
d．N₂、H₂、NH₃的分子數(shù)之比為1：3：2任何時刻都成立，故錯誤；
e．單位時間生成m mol N₂的同時消耗3m mol H₂，方向相反成正比例，故正確；
（3）25分鐘，NH₃的物質的量突然減少，而H₂、N₂的物質的量不變，說明應是分離出NH₃；
（4）n（Fe₂O₃）=$\frac{48g}{160g/mol}$=0.3mol，根據(jù)方程式知，有0.3mol氧化鐵參加反應時有1.8mol氫氣生成，根據(jù)v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計算該段時間內氫氣平均反應速率．

解答 解：（1）由圖可知，0-10分鐘內△n（N₂）=0.025mol×2=0.05mol；10-20分鐘內△n′（N₂）=0.025mol×4=0.1mol，速率之比等于物質的量之比，所以，0-10分鐘與10到20分鐘兩個時間段中，N₂的反應速率之比為0.05mol：0.1mol=1：2；由圖象可知各組分物質的量變化增快，且10min時變化是連續(xù)的，20min達平衡時，△n′（N₂）=0.025mol×4=0.1mol，△n（H₂）=0.025mol×12=0.3mol，△n（NH₃）=0.025mol×8=0.2mol，物質的量變化之比等于化學計量數(shù)之比，三種氣體物質的速率增加倍數(shù)相同，說明10min可能改變的條件是使用催化劑，故答案為：a；
（2）反應N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃
a．a(chǎn) mol N≡N鍵斷裂的同時，有6a mol N-H鍵形成，方向相同，不能作為平衡的判斷，故錯誤；
b．混合氣體的質量不變，氣體的體積不變，故密度不變，若密度不再隨時間變化，不能說明平衡，故錯誤；
c．容器內前后氣體的物質的量有變化，說明壓強時變量，總壓強不再隨時間而變化，說明平衡，故正確；
d．N₂、H₂、NH₃的分子數(shù)之比為1：3：2任何時刻都成立，故錯誤；
e．單位時間生成m mol N₂的同時消耗3m mol H₂，方向相反成正比例，故正確；
故答案為：ce；
（3）第25分鐘，NH₃的物質的量突然減少，而H₂、N₂的物質的量不變，說明應是分離出NH₃，故答案為：移走了生成的氨氣（或減小了氨氣的濃度）；
（4）n（Fe₂O₃）=$\frac{48g}{160g/mol}$=0.3mol，根據(jù)方程式知，有0.3mol氧化鐵參加反應時有1.8mol氫氣生成，根據(jù)v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$，v（H₂）=$\frac{\frac{1.8mol}{5L}}{2min}$═0.18mol•（L•min）^-1，
故答案為：0.18mol•（L•min）^-1．

點評 本題考查化學反應速率、化學平衡的計算、平衡移動以及平衡狀態(tài)的判斷，題目難度中等，注意對圖象的分析．