Question

自1913年工业合成氨投产以来，合成氨工业不断发展，氨又可以进一步制备硝酸，在工业上可进行连续生产．请回答下列问题：
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
写出氨气经催化氧化生成一氧化氮气体和水蒸气的热化学方程式：

 

．
（2）在一定条件下，合成塔中氮气和氢气的起始浓度分别为a mol?L^-1和b mol?L^-1，反应为：N₂+3H₂?2NH₃，氨气的浓度随时间变化如图1所示．在10min时采取的措施是

 

，点A的平衡常数K

 

（填“＜”、“＞”或“=”）B点的平衡常数．

（3）若合成塔内生成17g氨气放出45.5kJ热量，在图2坐标上画出该合成氨反应过程中能量随时间的变化示意图．
（4）在一定体积的恒容密闭容器中，进行如下化学反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），其化学平衡常数K与温度t的关系如下表：

t/K	298	398	498	…
K	4.1×106	K1	K2	…

①比较K₁、K₂的大小：K₁

 

K₂（填“＞”、“=”或“＜”）．
②判断该反应达到化学平衡状态的依据是

 

（填序号）．
A．2v_正（H₂）（正）=3v_逆（NH₃）            B．v_正（N₂）=3v_逆（H₂）
C．容器内压强保持不变                    D．混合气体的密度保持不变
（5）在一定温度和催化剂下，将6.4mol H₂和2.4molN₂混合于一个容积为4L的密闭容器中发生反应，在3min末时反应恰好达平衡，此时生成了1.6mol NH₃．计算该条件下的平衡常数（写出计算过程）．

 

．

Answer 1

分析：（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（2）由反应速率为单位时间内浓度的变化量来计算氨气的反应速率，再利用反应速率之比等于化学计量数之比计算氢气的反应速率；由图可知10min时氨气的浓度瞬间减小，平衡常数为生成物浓度幂之比与反应物浓度幂之比的比，温度不变，则化学平衡K不变；
（3）生成17g氨气放出46.6kJ热量，即生成1molNH₃放出热量46.6kJ，反应物的能量高，生成物的能量低，依据能量变化先画出化学反应能量变化的图象；
（4）①平衡常数随温度变化，与压强和浓度变化无关，平衡常数变化结合反应一定原理分析判断；
②直接标志：①速率关系：正反应速率与逆反应速率相等，②反应体系中各物质的百分含量保持不变．
间接标志：①混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间的改变而改变（m+n≠p+q）；②各物质的浓度、物质的量不随时间的改变而改变；③各气体的体积、各气体的分压不随时间的改变而改变；

解答：解：（1）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
由盖斯定律③×3-②×2+①×2得到热化学方程式：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0 kJ/mol，
故答案为：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0 kJ/mol；
（2）由图可知10min时氨气的浓度瞬间减小，则采取的措施为移去部分氨气，因A和B点的温度相对，则化学平衡常数K相等，
故答案为：移去部分氨气；=；
（3）由题意可知生成1molNH₃放出热量46.6kJ，反应物的能量高，生成物的能量低，如图，
故答案为：；
（4）①在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，反应是放热反应，依据图表数据分析，温度升高，平衡逆向进行，平衡常数减小，K₁＞K₂；
故答案为：＞；    
②平衡标志最根本的依据是正反应速率等于逆反应速率，反应混合物中各组分的含量保持不变；
A、速率之比等于系数之比，2V_H2（正）=3V_NH3（逆），说明氨气的正反应速率等于氨气的逆反应速率，反应达到平衡，故A符合；
B、速率之比等于系数之比，v_正（N₂）=3v_逆（H₂）不符合速率之比等于系数之比，故B不符合；
C．容器内压强保持不变，反应前后气体体积减小，压强不变，说明平衡不变，故C符合；
D．反应体系中 物质质量守恒，体积相同，密度不变，反应进行过程中，平衡状态混合气体的密度保持不变，故D不符合；
故答案为：AC；
（5）N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）
起始物质的量浓度（mol/L）  0.6      1.6         0
转化物质的量浓度（mol/L）  0.2      0.6         0.4
平衡物质的量浓度（mol/L）  0.4      1           0.4    
k=

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

=

0．42

0.4×13

=0.4（L/mol）²；
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）
起始物质的量浓度（mol/L） 0.6     1.6      0
转化物质的量浓度（mol/L） 0.2     0.6     0.4
平衡物质的量浓度（mol/L） 0.4     1      0.4
k=

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

=

0．42

0.4×13

=0.4（L/mol）²．

点评：本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学反应能量变化图象分析，平衡标志、平衡常数和平衡计算的判断计算是解题关键，题目难度中等．