Question

19．对含氮物质的研究和利用有着极为重要的意义．
（1）、N₂、O₂和H₂相互之间可以发生化合反应，已知反应的热化学方程式如下：
N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1；
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．
则氨的催化氧化反应的热化学方程式为4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ/mol．
（2）、氨气是化工生产的主要原料之一，在一固定容积为2L的密闭容器内加入0.2mol N₂和0.5mol H₂，发生如下反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0
①当反应进行到第5分钟时达到平衡，测得NH₃的浓度为0.1mol/L  则从反应开始到平衡时，v（N₂）为0.01 mol/（L•min）
②下列描述中能说明上述反应已达平衡的是AF
A．容器内的总压强不再随时间而变化
B．混合气体的密度不再随时间变化
C．a molN≡N键断裂的同时，有6amolN-H键生成
D．N₂、H₂、NH₃的分子数之比为1：3：2
E．3V_正（H₂）=2V_逆（NH₃）
F．容器中气体的平均分子量不随时间而变化
③若保持反应温度不变，再向容器中充入N₂和NH₃各0.1mol，则化学平衡将向左移动（填“向左”、“向右”或“不”）
④平衡后，下列措施既能提高该反应的速率又能增大N₂的转化率的是CD
A．充入N₂   B．升高温度    C．向原容器内继续充一定量NH₃ D．增大压强
⑤若保持容器体积不变，下列图象正确的是bd

Answer 1

分析 （1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1；
③N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．
根据盖斯定律，②×3+①×2-③×2可得：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）；
（2）①计算氨气的反应速率，速率之比等于化学方程式计量数之比计算得到氮气的反应速率；
②达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，百分含量不变，以及由此衍生其它一些物理量不变，据此结合选项判断；
③依据题干条件就是平衡常数，结合此时的浓度商和平衡常数比较平淡反应进行的方向；
④能加快该反应的反应速率，可以增大了压强、增大反应物浓度、升高温度；增大反应物转化率，说明平衡向着正向移动，据此进行分析；
⑤a．图象分析可知先拐先平温度高，T₁＞T₂，升温平衡逆向进行；
b．定一议二，压强不变，温度越高平衡逆向进行，气体物质的量增大，温度一定的压强平衡正向进行气体物质的量减小；
c．压强增大反应速率增大，平衡正向进行；
d．图象分析可知先拐先平压强大，P₁＜P₂，压强越大平衡正向进行；

解答 解：（1）已知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+180.5kJ•mol^-1；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-483.6kJ•mol^-1；
③N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．
根据盖斯定律，②×3+①×2-③×2可得：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ/mol，
故答案为：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905kJ/mol；
（2）①当反应进行到第5分钟时达到平衡，测得NH₃的浓度为0.1mol/L 则从反应开始到平衡时，v（NH₃）=$\frac{0.1mol/L}{5min}$=0.02mol/L•min，v（N₂）=$\frac{1}{2}$v（NH₃）=0.01 mol/（L•min），
故答案为：0.01 mol/（L•min）；  
 ②A．反应前后气体物质的量发生变化，当压强不变说明反应达到平衡状态，故A正确；
B．反应混合气体的总质量不变，容器的容积不变，密度始终不变，容器中气体的密度不随时间而变化不能说明到达平衡状态，故B错误；
C．a molN≡N键断裂的同时，有6amolN-H键生成，只能说明反应正向进行，不能说明反应达到平衡状态，故C错误；
D．N₂、H₂、NH₃的分子数之比为1：3：2，符合化学方程式计量数之比，但不能说明只能反应速率相同，不能说明到达平衡状态，故D错误；
E．不同物质表示的速率之比的与化学计量数之比，反应到达平衡状态，3v_正（H₂）=2v_逆（NH₃）即v_正（H₂）：v_逆（NH₃）=2：3，不等于化学计量数之比，未到达平衡状态，逆反应速率较大，平衡向逆反应进行，故E错误；
F．反应混合气体的总质量不变，随反应进行，总的物质的量减小，故平均相对分子质量减小，容器中气体的平均相对分子量不随时间而变化，说明到达平衡状态，故F正确；
故答案为：AF；
③在一固定容积为2L的密闭容器内加入0.2mol N₂和0.5mol H₂，发生如下反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，当反应进行到第5分钟时达到平衡，测得NH₃的浓度为0.1mol/L，
                N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，
起始量（mol/L）  0.1     0.25      0
变化量（mol/L） 0.05     0.15      0.1
平衡量（mol/L）0.05      0.1       0.1
K=$\frac{0．{1}^{2}}{0.05×0．{1}^{3}}$=200
若保持反应温度不变，再向容器中充入N₂和NH₃各0.1mol，此时物质浓度分别为：c（NH₃）=0.15mol/L，c（N₂）=0.1mol/L，c（H₂）=0.1mol/L，则浓度商Q=$\frac{0.1{5}^{2}}{0.1×0．{1}^{3}}$=225＞K=200，反应逆向进行，平衡向左移动，
故答案为：向左；  
④A．充入N₂平衡正向进行，反应速率增大，N₂的转化率减小，故A错误；
B．升高温度反应速率增大，平衡逆向进行，氮气转化率减小，故B错误
C．向原容器内继续充一定量NH₃ 平衡逆向进行，氮气转化率减小，故C错误；
D．增大压强反应速率增大，平衡正向进行，氮气转化率增大，故D正确；
故答案为：CD；
⑤N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0
a．图象分析可知先拐先平温度高，T₁＞T₂，升温平衡逆向进行，生成物浓度减小，图象变化不符合，故a错误；
b．定一议二，压强不变，温度越高平衡逆向进行，气体物质的量增大，气体质量不变，则气体平均相对分子质量减小，温度一定的压强平衡正向进行气体物质的量减小，气体质量不变，则气体平均相对分子质量增大，图象变化符合，故b正确；
c．压强增大反应速率增大，平衡正向进行，正反应速率大于逆反应速率，图象变化不符合，故c错误；
d．图象分析可知先拐先平压强大，P₁＜P₂，压强越大平衡正向进行，氮气体积分数减小，图象符合，故d正确；
故答案为：bd；

点评 本题考查化学反应速率的计算、化学平衡态的判断、化学平衡常数、影响化学平衡和反应速率的因素等，难度中等，注意化学平衡态的判断，选择判断的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变，说明到达平衡．