Question

(17分)人工固氮是指將氮元素由游離態(tài)轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的過程。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：N₂(g)+3H₂O(l)2NH₃(g)+O₂(g)  △H=+765.0kJ /mol。

Ⅰ．請(qǐng)?jiān)谙聢D所示的坐標(biāo)中畫出上述反應(yīng)在有催化劑和無催化劑兩種情況下反應(yīng)體系中的能量變化示意圖，并進(jìn)行標(biāo)注(包括△H)。

Ⅱ．目前工業(yè)合成氨的原理是：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)  △H=－93.0kJ /mol。

回答下列問題：

(1)氫氣的燃燒熱△H=_______________kJ/mol。

(2)在恒溫恒容密閉容器中進(jìn)行的合成氨反應(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．混合氣體的密度不再發(fā)生變化

c．反應(yīng)容器中N₂、NH₃的物質(zhì)的量的比值不再發(fā)生變化

d．單位時(shí)間內(nèi)斷開a個(gè)H－H鍵的同時(shí)形成3 a個(gè)N－H鍵

e．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

(3)在恒溫恒容的密閉容器中，合成氨反應(yīng)的各物質(zhì)濃度變化曲線如下圖所示。請(qǐng)回答下列問題：

① 表示N₂ 的濃度變化的曲線是               (選填曲線代號(hào)“A”、“B”或“C”)。

② 前25 min 內(nèi)，用H₂ 的濃度變化表示的化學(xué)反應(yīng)平均速率是             。

③在25 min 末反應(yīng)剛好達(dá)到平衡，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)。若升高溫度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)值將_______(填“增大”、“減小”或“不變”)。

(4)在第25 min 末，保持其它條件不變，若升高反應(yīng)溫度并設(shè)法保持該溫度不變，在第35 min末再次達(dá)到平衡。平衡移動(dòng)過程中H₂ 濃度變化了1.5 mol·L^－1，請(qǐng)你在圖中畫出第25 min ～ 40 min NH₃濃度變化曲線。

(5)在一定溫度下，將1 mol N₂和3 mol H₂混合置于體積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，測(cè)得氣體總物質(zhì)的量為2.8 mol 。

①達(dá)平衡時(shí)，H₂的轉(zhuǎn)化率α₁ = ____________。

②在相同條件下，若起始時(shí)只將NH₃置于該容器中，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)NH₃的轉(zhuǎn)化率為α₂，當(dāng)α₁ + α₂ =1時(shí)，則起始時(shí)n (NH₃)= ________mol。

 

Answer 1

【答案】

 

或

Ⅱ. (1)－286.0(1分)

(2) a c  (每個(gè)1分，共2分，有錯(cuò)不得分。)

(3)① C (1分)                 

② 0.12 mol·L^－1·min^－1(2分)

③ 4/27 (或0.148、0.15) (2分，寫單位也得分)          減小(1分)

(4)

說明：對(duì)曲線的斜率不做要求，但曲線彎的方向要考慮，這涉及到濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響問題。起點(diǎn)與終點(diǎn)要正確，達(dá)平衡的時(shí)間要一致。(2分)

(5)① 60%(2分)         ② 2(1分)

【解析】

試題分析：Ⅰ．催化劑是通過降低反應(yīng)的活化能來加快化學(xué)反應(yīng)速率的，使用催化劑后，活化能降低，故答案為：

Ⅱ. (1)根據(jù)蓋斯定律：N₂(g)+3H₂O(l)2NH₃(g)+O₂(g)  △H=+765.0kJ /mol（1）；N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)  △H=－93.0kJ /mol（2），把×（2）-×（1），得出

H₂(g) + O₂(g)= H₂O(l)；△H=－286.0 kJ /mol；

（2）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，說明達(dá)到平衡；因?yàn)榭傎|(zhì)量和總物質(zhì)的量始終不變，混合氣體的密度與平衡無關(guān)；反應(yīng)容器中N₂、NH₃的物質(zhì)的量的比值不再發(fā)生變化，說明各物質(zhì)濃度不變，反應(yīng)達(dá)到平衡；不管是否達(dá)到平衡，斷開a個(gè)H－H鍵的同時(shí)肯定形成3 a個(gè)N－H鍵；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。

(3) ① 氮?dú)獾臐舛鹊臏p少是氫氣減少的1/3，所以選擇C；

② 根據(jù)圖像；

③在25 min 末反應(yīng)剛好達(dá)到平衡，；該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，若升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)值將減小；

(4) 升高反應(yīng)溫度，平衡逆向移動(dòng)，氫氣的濃度增加1.5 mol·L^－1，氨氣減少1 mol·L^－1，變?yōu)?.0mol·L^－1。

（5）設(shè)平衡時(shí)有x molN₂轉(zhuǎn)化

N₂（g）+3H₂（g）） 2NH₃（g）

起始物質(zhì)的量：1mol   3mol             0

變化的物質(zhì)的量：x     3x               2x

平衡物質(zhì)的量：1-x    3-3x              2x

4-2x=2.8，得出x=0.6mol ，α₁ =60%；

α₁ + α₂ =1，說明這兩個(gè)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的狀態(tài)完全相同，即加入的氨氣為2mol。

考點(diǎn)：考查化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡狀態(tài)、平衡移動(dòng)的影響因素及平衡計(jì)算。

點(diǎn)評(píng)：通過圖像綜合考查了化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡及計(jì)算問題，需要學(xué)生較強(qiáng)的觀察能力及思維能力，難度較大。