Question

2．1909年化學(xué)家哈伯在實(shí)驗(yàn)室首次合成了氨．2007年化學(xué)家格德•埃特爾在哈伯研究所證實(shí)了氫氣與氮?dú)庠诠腆w表面合成氨的反應(yīng)過程，示意如下圖：

（1）圖⑤表示生成的NH₃離開催化劑表面，圖②和圖③的含義分別是N₂、H₂被吸附在催化劑表面，在催化劑表面N₂、H₂中化學(xué)鍵斷裂．
（2）已知：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）；△H=-1266.8kJ/mol
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）；△H=+180.5kJ/mol，
氨催化氧化的熱化學(xué)方程式為4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8kJ/mol．
（3）500℃下，在A、B兩個(gè)容器中均發(fā)生合成氨的反應(yīng)．隔板Ⅰ固定不動(dòng)，活塞Ⅱ可自由移動(dòng)．

①當(dāng)合成氨在容器B中達(dá)平衡時(shí)，測得其中含有1.0molN₂，0.4molH₂，0.4molNH₃，此時(shí)容積為2.0L．則此條件下的平衡常數(shù)為10；保持溫度和壓強(qiáng)不變，向此容器中通入0.36molN₂，平衡將逆向（填“正向”、“逆向”或“不”）移動(dòng)．
②向A、B兩容器中均通入xmolN₂和ymolH₂，初始A、B容積相同，并保持溫度不變．若要平衡時(shí)保持N₂在A、B兩容器中的體積分?jǐn)?shù)相同，則x與y之間必須滿足的關(guān)系式為x=y．

Answer 1

分析 （1）圖②是表示N₂、H₂被吸附在催化劑的表面；圖③則表示在催化劑表面，N₂、H₂中的化學(xué)鍵斷裂；
（2）利用蓋斯定律，把第二個(gè)熱化學(xué)方程式兩邊擴(kuò)大2倍，然后兩個(gè)方程式相加就可以得到氨催化氧化的熱化學(xué)方程式；
（3）①依據(jù)平衡常數(shù)概念計(jì)算，用平衡濃度的冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度的冪次方乘積；依據(jù)計(jì)算的濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
②依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算A的體積分?jǐn)?shù)相等列式計(jì)算．

解答 解：（1）分析題中圖可以知道，圖②表示N₂、H₂被吸附在催化劑表面，而圖③表示在催化劑表面，N₂、H₂中化學(xué)鍵斷裂，
故答案為：N₂、H₂被吸附在催化劑表面；在催化劑表面，N₂、H₂中化學(xué)鍵斷裂；
（2）已知：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1 266.8kJ/mol  ①
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+1 80.5kJ/mol                          ②
①+②×2得：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8kJ/mol
故答案為：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8kJ/mol；
（3）①若在某件下，反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）在容器B中達(dá)到平衡，測得容器中含有1.0mol N₂，0.4mol H₂，0.4mol NH₃，此時(shí)容積為2.0L．則此條件下的平衡常數(shù)K=$\frac{（\frac{0.4mol}{2L}）^{2}}{\frac{1mol}{2L}×（\frac{0.4mol}{2L}）^{3}}$=10；
保持溫度和壓強(qiáng)不變，向此容器內(nèi)通入0.36mol N₂，此時(shí)容器體積為2.4L，所以Q_（c）=$\frac{（\frac{0.4}{2.4}）^{2}}{\frac{1.36}{2.4}×（\frac{0.4}{2.4}）^{3}}$=10.6＞10，反應(yīng)逆向進(jìn)行；
故答案為：10； 逆向；
②向A、B兩容器中均通入x mol N₂和y mol H₂，初始A、B容積相同，并保持溫度不變．設(shè)A容器中消耗N₂物質(zhì)的量amol，B容器中消耗N₂物質(zhì)的量為bmol，
A容器中           N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
起始量（mol）      x       y       0
變化量（mol）      a       3a      2a
平衡量（mol）     x-a     y-3a     2a
B容器中           N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
起始量（mol）      x       y       0
變化量（mol）      b       3b     2b
平衡量（mol）     x-b     y-3b     2b
若要平衡時(shí)保持N₂氣體在A、B兩容器中的體積分?jǐn)?shù)相等，$\frac{x-a}{x+y-2a}$=$\frac{x-b}{x+y-2b}$，x：y=（b-a）：（b-a），則x：y=1：1，
則起始通入容器中的N₂的物質(zhì)的量x mol與B的物質(zhì)的量y mol之間必須滿足的關(guān)系式為x=y=1，
故答案為：x=y．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了反應(yīng)原理、熱化學(xué)方程式的書寫、平衡移動(dòng)的判斷、等效平衡的應(yīng)用等知識(shí)點(diǎn)，中等難度，注意等效平衡原理的應(yīng)用．