Question

19．氮的固定一直是科學(xué)家研究的重要課題，合成氨則是人工固氮比較成熟的技術(shù)，其原理為N₂ （g）+3H₂ （g）?2NH₃（g）△H．
（1）已知每破壞1mol有關(guān)化學(xué)鍵需要的能量如表：

H-H	N-H	N-N	N
435.9KJ	390.8KJ	192.8KJ	945.8KJ

則△H=-91.3KJ/mol．
（2）在恒溫、恒壓容器中，氨體積比1：3加入N₂和H₂進(jìn)行合成氨反應(yīng)，達(dá)到平衡后，再向容器中充入適量氨氣，達(dá)到新平衡時(shí)，c（H₂）將不變（填“增大”“減小”或“不變”）
（3）在不同溫度、壓強(qiáng)和相同催化劑條件下，初始時(shí)N₂、H₂分別為0.1mol、0.3mol時(shí)，平衡后混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)（φ）如圖所示．
①其中，p₁、p₂和p₃由大到小的順序是p₁＞p₂＞p₃，其原因是溫度相同時(shí)，加壓平衡正向移動(dòng)，故壓強(qiáng)越大平衡混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)越大．
②若分別用v_A（N₂）和v_B（N₂）表示從反應(yīng)開始至達(dá)平衡狀態(tài)A、B時(shí)的化學(xué)反應(yīng)速率，則v_A（N₂）＜ v_B（N₂）（填“＞”“＜”或“=”）
③若在250℃、p₁條件下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)容器的體積為1L，則該條件下合成氨的平衡常數(shù)K=5925.9L²/mol²（保留一位小數(shù)）．
（4）H₂NCOONH₄是工業(yè)由氨氣合成尿素的中間產(chǎn)物．在一定溫度下、體積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：H₂NCOONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g），能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是①②③（填序號(hào)）．
①混合氣體的壓強(qiáng)不變
②混合氣體的密度不變
③混合氣體的總物質(zhì)的量不變
④混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變
⑤NH₃的體積分?jǐn)?shù)不變．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)△H=反應(yīng)物鍵能和-生成物鍵能和求算；
（2）保持恒溫恒壓，將體積比1：3加入N₂和H₂充入一密閉容器中與起始時(shí)在該容器中充入適量氨氣，為等效平衡狀態(tài)；
（3）①由方程式N₂+3H₂?2NH₃可知，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，氨的體積分?jǐn)?shù)越大；
②溫度越大，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越大；
③化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值；
（4）H₂NCOONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g），反應(yīng)物為固體，生成物為氣體，化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進(jìn)行判斷，得出正確結(jié)論．

解答 解：（1）N₂ （g）+3H₂ （g）?2NH₃（g）△H=反應(yīng)物鍵能和-生成物鍵能和=945.8KJ/mol+3×435.9KJ/mol-6×390.8KJ/mol=-91.3KJ/mol，
故答案為：-91.3KJ/mol；
（2）保持恒溫恒壓，達(dá)到平衡后，再向容器中充入適量氨氣，在恒壓條件下與原平衡狀態(tài)相同，為等效平衡，平衡時(shí)兩種情況平衡狀態(tài)相同，各物質(zhì)的含量不變，所以達(dá)到新平衡時(shí)，c（H₂）將不變，
故答案為：不變；
（3）①由N₂+3H₂?2NH₃可知，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，由圖象可知在相同溫度下，平衡后混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)（φ）為P₁＞P₂＞P₃，因此壓強(qiáng)關(guān)系是P₁＞P₂＞P₃，
故答案為：p₁＞p₂＞p₃；溫度相同時(shí)，加壓平衡正向移動(dòng)，故壓強(qiáng)越大平衡混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)越大；
②溫度越大，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越大，p₁＞p₂，由圖可知，B對(duì)應(yīng)的溫度、壓強(qiáng)大，則反應(yīng)速率大，
故答案為：＜；
③N₂+3H₂?2NH₃
開始 0.1    0.3        0
轉(zhuǎn)化 x    3x           2x
平衡 0.1-x  0.3-3x       2x      $\frac{2x}{0.1-x+0.3-3x+2x}$=0.667，x=0.08
K=$\frac{{C}^{2}（N{H}_{3}）}{C（{N}_{2}）×{C}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.16×0.16}{0.02×（0.06）^{3}}$=5925.9L²/mol²，
故答案為：5925.9L²/mol²；
（4）H₂NCOONH₄（s）?2NH₃（g）+CO₂（g），
①該反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中壓強(qiáng)逐漸增大，當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，表明正逆反應(yīng)速率相等，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故①正確；
②由于H₂NCOONH₄是固體，沒有達(dá)到平衡狀態(tài)前，氣體質(zhì)量會(huì)變化，容器體積不變，密度也會(huì)發(fā)生變化，所以密度不變，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故②正確；
③由于H₂NCOONH₄是固體，生成物全部為氣體，氣體的物質(zhì)的量在增加，當(dāng)混合氣體的總物質(zhì)的量不變，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故③正確；
④混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量=$\frac{混合氣體的質(zhì)量總和}{混合氣體的物質(zhì)的量總和}$，混合氣體的質(zhì)量恒等于H₂NCOONH₄（s）分解的質(zhì)量，氣體的物質(zhì)的量為分解的H₂NCOONH₄（s）的三倍，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變恒不變，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故④錯(cuò)誤；
⑤因反應(yīng)物（NH₂COONH₄）是固體物質(zhì)，所以密閉容器中NH₃的體積分?jǐn)?shù)始終不變，故⑤錯(cuò)誤；
故答案為：①②③．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的影響因素、化學(xué)平衡的標(biāo)志、平衡常數(shù)計(jì)算等問(wèn)題，題目難度中等．側(cè)重考查學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，（4）達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志判斷為易錯(cuò)點(diǎn)．