Question

9．有實驗報道：在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑（摻有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，生成的產(chǎn)物為NH₃，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=akJ/mol，回答下列問題：
（1）在光照，恒容的密閉容器中，測得在不同溫度下反應(yīng)中NH₃物質(zhì)的量隨時間變化如圖1所示，則該反應(yīng)的T₁、T₂、T₃之間的大小關(guān)系為T₁＞T₂＞T₃，合成反應(yīng)的a＞0（填“＞”、“＜”或“=”）
（2）在一固定體積的容器中進(jìn)行如上實驗，能說明該反應(yīng)己經(jīng)達(dá)到平衡的是ac
a．單位時間內(nèi)生成1molN₂同時生成2molNH₃
b．混合氣體的密度保持不變
c．體系中壓強(qiáng)保持不變
d．各物質(zhì)的濃度之比為2：6；4：3
（3）某溫度下，往一密閉容器中通入一定量的N₂和H₂O，請在圖2中畫出在不同壓強(qiáng)P₁、P₂（P₁＞P₂）下的N₂的物質(zhì)的量隨時間的變化關(guān)系圖．
（4）目前工業(yè)常使用N₂和H₂來合成氨氣，已知2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ/mol，請寫出工業(yè)合成氨的熱化學(xué)方程式：N₂（g）+3H₂（g）=NH₃（g）△H=（a-1452）KJ/mol
（5）500℃下，在一容積為1.0L的密閉容器中，通入0.60molN₂和1.8molH₂，反應(yīng)在一定條件下達(dá)到平衡時，NH₃的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為20%，計算此時N₂的轉(zhuǎn)化率（寫出計算方程，計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字．

Answer 1

分析 （1）先拐先平溫度高，T₁＞T₂＞T₃，溫度越高氨氣物質(zhì)的量越大；
（2）化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不再改變，由此衍生的一些物理量也不變，結(jié)合反應(yīng)的特點進(jìn)行分析；
（3）某溫度下，往一密閉容器中通入一定量的N₂和H₂O，反應(yīng)前后氣體體積減小，壓強(qiáng)越大氮氣物質(zhì)的量越小，但反應(yīng)速率大，達(dá)到平衡所需時間短，據(jù)此畫出變化圖象；
（4）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算，
①2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=akJ/mol，
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ/mol，
（①+②×3）×$\frac{1}{2}$得到合成氨的熱化學(xué)方程式．

解答 解：（1）圖象分析可知，先拐先平溫度高，T₁＞T₂＞T₃，溫度越高氨氣物質(zhì)的量越大說明反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)焓變大于0，
故答案為：T₁＞T₂＞T₃；＞；
（2）化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不再改變，由此衍生的一些物理量也不變，2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=akJ/mol，反應(yīng)是氣體體積減小的吸熱反應(yīng)，
a．單位時間內(nèi)生成1molN₂同時生成2molNH₃ ，說明咱反應(yīng)速率相同，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．氣體質(zhì)量和體積不變，混合氣體的密度始終保持不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b錯誤；
c．反應(yīng)前后氣體體積發(fā)生變化，體系中壓強(qiáng)保持不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．各物質(zhì)的濃度之比為2：6；4：3是反應(yīng)比等于化學(xué)方程式計量數(shù)之比，但不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯誤；
故答案為：ac；
（3）某溫度下，往一密閉容器中通入一定量的N₂和H₂O，反應(yīng)前后氣體體積減小，壓強(qiáng)越大氮氣物質(zhì)的量越小，但反應(yīng)速率大，達(dá)到平衡所需時間短，圖象變化為：，
故答案為：；
（4）①2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=akJ/mol，
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ/mol，
（①+②×3）×$\frac{1}{2}$得到合成氨的熱化學(xué)方程式；N₂（g）+3H₂（g）=NH₃（g）△H=（a-1452）KJ/mol，
 故答案為：N₂（g）+3H₂（g）=NH₃（g）△H=（a-1452）KJ/mol；
（5）500℃下，在一容積為1.0L的密閉容器中，通入0.60molN₂和1.8molH₂，反應(yīng)在一定條件下達(dá)到平衡時，設(shè)消耗氮氣物質(zhì)的量為x，結(jié)三行計算列式，
              N₂（g）+3H₂（g）=NH₃（g）
起始量（mol） 0.60    1.80      0
變化量（mol） x       3x        2x
平衡量（mol）0.60-x   1.80-3x    2x
NH₃的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為20%，$\frac{2x}{0.60+1.80-2x}$=20%
x=0.2mol
此時N₂的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.2mol}{0.60mol}$×100%=33%，
答：此時N₂的轉(zhuǎn)化率33%．

點評 本題考查了化學(xué)平衡狀態(tài)、化學(xué)反應(yīng)速率、平衡計算和影響因素分析、熱化學(xué)方程式書寫等知識點，注意圖象的繪制是依據(jù)化學(xué)平衡移動原理和反應(yīng)特征進(jìn)行，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．