Question

合成氨工业是极为重要的化学工业，当今对合成氨工业的研究仍然充满活力．其合成原理为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.2kJ/mol．回答下列问题：
（1）如图是合成氨时的能量变化图，图中A、C分别表示

 

、

 

，E的大小对该反应的反应热有无影响？

 

．工业生产中主要用铁触媒作催化剂，当向反应体系中加入铁触媒时，图中的E将

 

（增大、减小、不变）．当有

1

3

mol的N₂转化为NH₃时，图中△H′=

 

；
（2）下表是按V（N₂）：V（H₂）=1：3合成氨时NH₃的百分含量与压强、温度的统计数据：

	10	20	30	60
300	52.0	64.2	71.0	84.2
400	25.1	38.2	47.0	65.2
500	10.6	19.1	26.4	42.0

由上表可知：①NH₃的含量随压强的变化是

 

，②NH₃的含量随温度的变化是

 

，其原因是

 

．
（3）若反应时，反应速率v（N₂）为 a mol/L?min，则v（H₂）=

 

；
（4）在10Pa、400℃时，若以N₂（g）与H₂（g）的物质的量分别为1mol和3mol进行反应，则达到平衡时，N₂（g）的转化率约为

 

．

Answer 1

分析：（1）对于放热反应，反应物的能量会高于生成物的能量，加入催化剂可以降低反应的活化能，热化学方程式系数代表物质的量；
（2）根据压强和温度对化学平衡移动的影响知识来回答；
（3）根据不同物质表示的化学反应速率之比等于方程式的系数之比来回答；
（4）根据合成氨时NH₃的百分含量与压强、温度的统计数据结合三行式进行计算．

解答：解：（1）对于放热反应，反应物的能量会高于生成物的能量，图中A的能量高于C，所以A、C分别表示反应物的能量、生成物的能量，E的大小只和反应物以及产物有关，和活化能无关，所以E的大小对该反应的反应热有无影响，当向反应体系中加入催化剂铁触媒时，会降低反应的活化能，根据反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol，3mol氮气参加反应时，放出的能量是92.2kJ，所以当有

1

3

mol的N₂转化为NH₃时，图中△H′=-

1

3

×92.2kJ/mol=-30.7kJ/mol，
故答案为：反应物能量；生成物的能量；无；减小；-30.7kJ/mol；
（2）增大压强，化学平衡向着气体体积减小的方向进行，即向着正方向进行，温度升高，化学平衡向着吸热方向进行，即向着逆反应方向进行，同压下，温度越高，NH₃的百分含量越低，
故答案为：同温下，压强越大，NH₃的百分含量越高；同压下，温度越高，NH₃的百分含量越低；正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应的方向移动；
（3）若反应时，反应速率v（N₂）应该是氢气反应速率的三分之一，所以率v（N₂）为 a mol/（L?min），则v（H₂）=3amol/（L?min），
故答案为：3amol/（L?min）；
（4）根据表中信息，在10Pa、400℃时，NH₃的百分含量为25.1%，设N₂（g）的变化量是n，则
         N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
初始量：1        3        0
变化量：n         3n       2n
平衡量：1-n      3-3n       2n
即

1-n

1-n+3-3n+2n

×100%=25.1%，解得n≈0.4mol，
所以氮气的转化率为

0.4

1

×100%=40%，
故答案为：40%．

点评：本题涉及化学反应的热效应、化学平衡的有关计算以及影响化学平衡移动的因素等知识，可以根据所学知识来回答，难度不大．