Question

【題目】氨的合成原理為:N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）H=－92.4kJ·mol-1在500℃、20MPa時，將N2、H2置于一個容積為2L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)過程中各物質(zhì)的物質(zhì)的量變化如圖�；卮鹣铝袉栴}:

（1）10min內(nèi)以NH3表示的平均反應(yīng)速率為_________

（2）在10～20min內(nèi)，NH3濃度變化的原因可能是_____________

A.加了催化劑

B.縮小容器體積

C.降低溫度

D.增加NH3物質(zhì)的量

（3）第1次平衡:平衡常數(shù)K1=__________（帶數(shù)據(jù)的表達式），第2次平衡時NH3的體積分數(shù)為_____________。

（4）根據(jù)最新“人工固氮”的研究報道，在常溫、常壓、光照條件下，N2在催化劑（摻有少量Fc2O3的TiO2）表面與水發(fā)生下列反應(yīng):N2（g）＋3H2O（l）2NH3+1.5O2（g）H=akJ·mol-1，進一步研究NH3生成量與溫度的關(guān)系，常壓下達到平衡時測得部分實驗數(shù)據(jù)如下表:

T/K	303	313	323
NH3生成量/(10-6mol)	4.8	5.9	6.0

①此合成反應(yīng)的a______0，△S_______0；（填“＞”、“＜”或一”）

②已知N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）H=－92.4kJ·mol-1，2 H2（g）＋ O2（g）=2H2O（l）H=-571.kJ·mol-1 則常溫下氮氣與水反應(yīng)生成氨氣與氧氣的熱化學方程式為_____________________________

Answer 1

【答案】0.005mol·L-1.min-1 A 45.5％或0.455 ＞ ＞ 2N2(g)＋6H2O(l)＝4NH3(g) +3O2(g) AH＝＋1530 kJ·mol-1

【解析】

（1）根據(jù)v=△n÷V÷△t計算；

（2）根據(jù)圖象知，平衡向正反應(yīng)方向移動，10min時是連續(xù)的，三種氣體物質(zhì)的速率增加倍數(shù)相同，說明為使用催化劑；

（3）達到平衡狀態(tài)時，物質(zhì)的量不變，以此判斷達到平衡的時間段，化學平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比；第2次平衡時NH3的體積分數(shù)等于氨氣的含量/平衡時氣體的總物質(zhì)的量；

（4）①由表中數(shù)據(jù)可知，升高溫度，NH3生成量增大，說明平衡向正反應(yīng)方向移動，結(jié)合反應(yīng)方程式中各物質(zhì)的聚集狀態(tài)解答；

②已知：①N2（g）+3H2（g）2NH3（g）△H=-92.4kJ·mol－1②2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=-571.6kJ·mol－1，則利用蓋斯定律，將①×2-②×3可得常溫下氮氣與水反應(yīng)生成氨氣與氧氣的熱化學方程式．

（1）反應(yīng)速率v（NH3）=(0.1mol-0)÷2L÷10min=0.005mol/（L．min）；

（2）由圖象可知各組分物質(zhì)的量變化增加，且10min時變化是連續(xù)的，20min達平衡時，△n（N2）=0.025mol×4=0.1mol，△n（H2）=0.025mol×12=0.3mol，△n（NH3）=0.025mol×8=0.2mol，物質(zhì)的量變化之比等于化學計量數(shù)之比，三種氣體物質(zhì)的速率增加倍數(shù)相同，說明10min可能改變的條件是使用催化劑，縮小體積相當于增大壓強，應(yīng)該反應(yīng)物的速率增加倍數(shù)大，降低溫度，應(yīng)該反應(yīng)速率減小，增加NH3物質(zhì)的量，逆反應(yīng)速率增加的倍數(shù)大，故只有使用催化劑符合，

故選A；

（3）由圖象可以看出，當反應(yīng)進行到時20-25min，各物質(zhì)的量不變，說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，化學平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，由圖象可知，20min達平衡時，n（N2）=0.025mol×10=0.25mol，n（H2）=0.025mol×6=0.15mol，n（NH3）=0.025mol×12=0.3mol，所以所以其平衡常數(shù)K=c2(NH3)/c(N2)c3(H2)= =；

第2次平衡時NH3的體積分數(shù)=2.5mol÷（2.5mol+2.25mol+0.75mol）×100%=45.5%；

（4）①由表中數(shù)據(jù)可知，升高溫度，NH3生成量增大，說明平衡向正反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)應(yīng)為吸熱反應(yīng)，a＞0，由方程式可知反應(yīng)生成氣體的物質(zhì)的量增多，則△S＞0；

②已知：①N2（g）+3H2（g）2NH3（g）△H=-92.4kJ·mol－1②2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=-571.6kJ·mol－1

則利用蓋斯定律，將①×2-②×3可得常溫下氮氣與水反應(yīng)生成氨氣與氧氣的熱化學方程式為2N2（g）+6H2O（l）=4NH3（g）+3O2（g）△H=2×（-92.4kJ·mol－1）-3×（-571.6kJ·mol－1）=+1530kJ·mol－1。