Question

【題目】課本里介紹的合成氨技術(shù)叫哈伯法，是德國(guó)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者哈伯發(fā)明的。其合成原理為：N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) △H<0，△S <0。

（1）下列關(guān)于工業(yè)合成氨的說(shuō)法不正確的是_______

A．因?yàn)?/span>△H<0，所以該反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行

B．因?yàn)?/span>△S<0，所以該反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行

C．在高溫下進(jìn)行是為了提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率

D．使用催化劑加快反應(yīng)速率是因?yàn)榇呋瘎┙档土朔磻?yīng)的△H

（2）在恒溫恒容密閉容器中進(jìn)行合成氨的反應(yīng)，下列能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是_______

a.容器內(nèi)N2、H2、NH3的濃度之比為1：3：2 b.v正(N2)= v逆(H2)

c.容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變 d.合氣體的密度保持不變

（3）某科研小組研究：在其他條件不變的情況下，改變起始物氫氣的物質(zhì)的量對(duì)工業(yè)合成氨反應(yīng)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示（圖中T表示溫度，n表示H2物質(zhì)的量）。

①圖象中T2和T1的關(guān)系是：T2 __________T1（填“>，<或=”，下同）

②a、b、c、d四點(diǎn)所處的平衡狀態(tài)中，反應(yīng)物N2 的轉(zhuǎn)化率最高的是______（填字母）。

（4）恒溫下，往一個(gè)4L的密閉容器中充入5.2mol H2和2mol N2，反應(yīng)過(guò)程中對(duì)NH3的濃度進(jìn)行檢測(cè)，得到的數(shù)據(jù)如下表所示：

時(shí)間/min	5	10	15	20	25	30
c(NH3)/mol·L-1	0.08	0.14	0.18	0.20	0.20	0.20

①此條件下該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=___________。

②若維持容器體積不變，溫度不變，往原平衡體系中加入H2、N2和NH3各4mol，化學(xué)平衡將向_______反應(yīng)方向移動(dòng)（填“正”或“逆”）。

③N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H= -92kJ/mol。在恒溫恒容的密閉容器中充入1mol N2和一定量的H2發(fā)生反應(yīng)。達(dá)到平衡后，測(cè)得反應(yīng)放出的熱量為18.4 kJ，混合氣體的物質(zhì)的量為3.6 mol，容器內(nèi)的壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的90％，則起始時(shí)充入的H2的物質(zhì)的量為______mol。

（5）已知：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H= -92kJ/mol

N2(g)+O2(g)＝2NO(g) ΔH= +181kJ/mol

2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) ΔH= -484kJ/mol

寫出氨氣催化氧化生成NO和水蒸氣的熱化學(xué)方程式_________。

Answer 1

【答案】ABCD c < c 0.1 逆 3 4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) ΔH =－906 kJ·mol-1

【解析】

（1）結(jié)合△G=△H-T△S和影響平衡的因素分析；

（2）達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，以此判斷；

（3）①根據(jù)溫度升高化學(xué)平衡向著吸熱方向進(jìn)行；

②根據(jù)增加氫氣的物質(zhì)的量化學(xué)平衡向著正反應(yīng)方向移動(dòng)；

（4）①由表中數(shù)據(jù)可知，20min達(dá)平衡，平衡時(shí)NH3的濃度為0.20mol/L，利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式k=計(jì)算；

②溫度不變平衡常數(shù)不變，計(jì)算此時(shí)的濃度，進(jìn)而計(jì)算濃度商Qc，比較濃度商與平衡常數(shù)的大小，判斷反應(yīng)進(jìn)行方向；

③恒溫恒容條件下氣體的壓強(qiáng)與氣體的總物質(zhì)的量成正比；

（5）根據(jù)蓋斯定律來(lái)求反應(yīng)的焓變。

（1）已知：N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) △H<0，△S <0；

A．當(dāng)△G=△H-T△S＜0時(shí)反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則△H<0時(shí)，△G=△H-T△S不一定小于0，即該反應(yīng)不一定能自發(fā)進(jìn)行，故A錯(cuò)誤；

B．當(dāng)△G=△H-T△S＜0時(shí)反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，則△S<0時(shí)，△G=△H-T△S不一定小于0，即該反應(yīng)不一定能自發(fā)進(jìn)行，故B錯(cuò)誤；

C．當(dāng)升高溫度時(shí)，N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) △H<0，平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率降低，升高溫度只是為了加快反應(yīng)速率，故C錯(cuò)誤；

D．使用催化劑能加快反應(yīng)速率是因?yàn)榇呋瘎┙档土朔磻?yīng)的活化能，但不影響反應(yīng)的△H，故D錯(cuò)誤；

故答案為ABCD；

（2）a．容器內(nèi)N2、H2、NH3的濃度之比為1：3：2，不能說(shuō)明達(dá)到判斷狀態(tài)，取決于起始配料比和轉(zhuǎn)化程度，故a錯(cuò)誤；

b．當(dāng)3v正（N2）=v逆（H2）時(shí)，說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，則當(dāng)v正(N2)= v逆(H2) 不能說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故b錯(cuò)誤；

c．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，說(shuō)明混合氣體的總物質(zhì)的量保持不變，此時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c正確；

d．混合氣體的質(zhì)量和體積始終保持不變，則混合氣體的密度保持不變無(wú)法說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯(cuò)誤；

故答案為c；

（3）①反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高化學(xué)平衡向著吸熱方向進(jìn)行，從T1到T2反應(yīng)物氮?dú)獾牧吭黾�，�?/span>T1＜T2；

②b點(diǎn)代表平衡狀態(tài)，溫度升高平衡逆向移動(dòng)，則應(yīng)選擇低溫平衡正向移動(dòng)，提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率，另外c點(diǎn)又加入了氫氣，故平衡向右移動(dòng)，氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率增大；

（4）①由表中數(shù)據(jù)可知，20min達(dá)平衡，平衡時(shí)NH3的濃度為0.20mol/L，則：

N2（g）+3H2（g）2NH3（g）

開始（mol/L）：0.5 1.3 0

變化（mol/L）：0.1 0.3 0.2

平衡（mol/L）：0.4 1 0.2

故平衡常數(shù)k===0.1；

②反應(yīng)達(dá)到平衡后，若維持容器體積不變，溫度不變，往平衡體系中加入H2、N2和NH3各4mol，則此時(shí)各物質(zhì)的濃度為：H2為1mol/L+=2mol/L，N2為0.4mol/L+=1.4mol/L，NH3為0.2mol/L+=1.2mol/L，故濃度商Qc===0.13＞0.1，故反應(yīng)向逆反應(yīng)移動(dòng)；

③已知N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H= -92kJ/mol，在恒溫恒容的密閉容器中充入1mol N2和一定量的H2發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到平衡后，平衡時(shí)混合氣體的物質(zhì)的量為3.6 mol，容器內(nèi)的壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的90％，則反應(yīng)前總物質(zhì)的量為3.6 mol×=4mol，故則起始時(shí)充入的H2的物質(zhì)的量為4mol-1mol=3mol；

（5）已知：①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H= -92kJ/mol，②N2(g)+O2(g)＝2NO(g) ΔH= +181kJ/mol，③2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) ΔH= -484kJ/mol，由蓋斯定律②×2-①×2+③×3得：4NH3（g）+5O2（g）═4NO（g）+6H2O（g），則△H=（+181kJ/mol）×2-（-92kJ/mol）×2+（-484kJ/mol）×3=－906 kJ·mol-1，即氨氣催化氧化生成NO和水蒸氣的熱化學(xué)方程式為4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) ΔH =－906 kJ·mol-1。