Question

氮的固定是指將氮元素由游離態(tài)轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的過(guò)程．據(jù)報(bào)道，常溫、常壓、光照條件下，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(yīng)，生成的主要產(chǎn)物為NH₃，相應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.0kJ/mol．目前工業(yè)合成氨的原理是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ/mol．
回答下列問(wèn)題：
（1）寫出表示氫氣燃燒熱的熱化學(xué)方程式

 

．
（2）在恒溫恒容密閉容器中進(jìn)行的工業(yè)合成氨反應(yīng)，下列能表示達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

（填序號(hào)）．
A．混合氣體的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化
B．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再發(fā)生變化
C．三種物質(zhì)的濃度比恰好等于化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比
D．單位時(shí)間內(nèi)斷開3a個(gè)H-H鍵的同時(shí)形成6a個(gè)N-H鍵
E．反應(yīng)容器中N₂、NH₃的物質(zhì)的量的比值不再發(fā)生變化
（3）在一定溫度下，向容積不變（始終為10L）的密閉容器中加入2mol N₂、8mol H₂及固體催化劑．10分鐘后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)變?yōu)槠鹗嫉?0%，10分鐘內(nèi)用氮?dú)獾臐舛缺硎镜幕瘜W(xué)反應(yīng)速率為

 

，平衡時(shí)氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率為

 

．則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

（計(jì)算結(jié)果可用分?jǐn)?shù)表示）．
（4）原料氣H₂可通過(guò)反應(yīng) CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）獲取，已知該反應(yīng)中，當(dāng)初始混合氣中的

n(H2O)

n(CH4)

 恒定時(shí)，溫度、壓強(qiáng)對(duì)平衡混合氣CH₄含量的影響如圖所示：
①圖中，兩條曲線表示壓強(qiáng)的關(guān)系是：P₁

 

P₂（填“＞”、“=”或“＜”）．
②該反應(yīng)為

 

反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,產(chǎn)物的百分含量隨濃度、時(shí)間的變化曲線

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）已知①2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.0kJ/mol．
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ/mol，利用蓋斯定律將

②×2-①

6

可得氫氣燃燒的熱化學(xué)方程式；
（2）達(dá)到平衡時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，以此衍生的一些物理量也不變，以此判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)；
（3）令參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為amol，利用三段式表示出各物質(zhì)的變化量、平衡時(shí)物質(zhì)的量，利用壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比列方程計(jì)算a，依據(jù)反應(yīng)速率概念就是V=

△c

△t

，轉(zhuǎn)化率=

消耗量

起始量

×100%，平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積計(jì)算得到；
（4）①依據(jù)圖象變化分析，相同溫度下，CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g），反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，平衡逆向進(jìn)行，甲烷平衡含量越高；
②壓強(qiáng)一定，溫度升高，甲烷平衡含量減小，平衡正向進(jìn)行，依據(jù)平衡移動(dòng)原理分析判斷．

解答： 解：（1）已知①2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.0kJ/mol．
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ/mol，利用蓋斯定律將

②×2-①

6

可得H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-286.0 kJ/mol，
故答案為：H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-286.0 kJ/mol；
（2）A．混合氣體的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化，在恒溫恒容密閉容器中，因?yàn)楹铣砂笔菤怏w分子數(shù)目減小的反應(yīng)，混合氣體的壓強(qiáng)不再發(fā)生變化，說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不相等，混合氣體的相對(duì)分子質(zhì)量不再發(fā)生變化，可說(shuō)明氣體的總物質(zhì)的量不變，說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．三種物質(zhì)的濃度比恰好等于化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，三種物質(zhì)的濃度比恰好等于化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比可能只是某一時(shí)刻的比值，不能證明是否達(dá)到平衡，故C錯(cuò)誤；
D．無(wú)論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，都存在單位時(shí)間內(nèi)斷開3a個(gè)H-H鍵的同時(shí)形成6a個(gè)N-H鍵，不能說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；
E．反應(yīng)容器中N₂、NH₃的物質(zhì)的量的比值不再發(fā)生變化，說(shuō)明各物質(zhì)濃度不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故E正確．
故答案為：ABE；
（3）令參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為amol，則：
           N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）
開始（mol）：2       8         0
轉(zhuǎn)化（mol）：a       3a       2a
平衡（mol）：2-a     8-3a      2a
故2-a+8-3a+2a=（2+8）×80%，解得a=1
氮?dú)獾姆磻?yīng)速率=

1mol 10L

10min

=0.01 mol?L^-1?min^-1；
氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率=

1mol

2mol

×100%=50%；
平衡常數(shù)K=

( 2mol 10L )2

1mol 10L ×( 5mol 10L )3

=3.2 L²/mol²
故答案為：0.01 mol?L^-1?min^-1； 50%；3.2 L²/mol²
（4）①依據(jù)圖象變化分析，相同溫度下，CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g），反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，平衡逆向進(jìn)行，甲烷平衡含量越高，所以P₂＞P₁；故答案為：＜；
②壓強(qiáng)一定，溫度升高，甲烷平衡含量減小，平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故答案為：吸熱．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較綜合，涉及知識(shí)點(diǎn)較多，涉及通過(guò)圖象分析化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡及計(jì)算、平衡常數(shù)的計(jì)算應(yīng)用以及熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算等問(wèn)題，主要是圖象分析判斷，平衡移動(dòng)原理的理解應(yīng)用，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，需要學(xué)生較強(qiáng)的觀察能力及思維能力，難度中等．