Question

可逆反应N₂+3H₂?2NH₃是工业上合成氨的重要反应．
（1）根据图1请写出合成氨的热化学方程式

N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（E₃-E₁）kg/mol

（热量用E₁、E₂或E₃表示）
（2）图1中虚线部分是通过改变化学反应条件是

使用催化剂

，请解释原因

因为催化剂能改变反应的路径，使发生反应所需的活化能降低

．
（3）当反应达到平衡位置时不断改变条件（不改变N₂、H₂和NH₃的量），图2表示反应速率随时间的关系，其中表示平衡混合物中NH₃的含量最高的时间段是

t₀-t₁

（用含t符号表示）
（4）在一定温度压强下，下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据是

ade

（填字母）．
a．单位时间内生成2n molNH₃的同时生成n molN₂      b．容器内压强不再改变
c．容器内N₂、H₂、NH₃的浓度之比为1：3：2            d．混合气体的密度不再改变
e．混合气体的平均相对分子质量不再改变             f．2v_正（H₂）=3v_正（NH₃）
（5）在一定温度下，若将4a mol H₂和2amol N₂放入2L的密闭容器中，充分反应后测得N₂的转化率为50%，则该反应的平衡常数为

16

a2

．若此时再向该容器中投入a mol H₂、amol N₂和amol NH₃，则此时化学平衡

正向

移动（填“正向”、“逆向”或“不”）

Answer 1

分析：（1）由图1可知反应物的总能量大于生成物的总能量，则该反应为放热反应，生成1mol氨气时放出的热量为（E₃-E₁）kg，然后利用化学计量数与反应热的关系并标明物质的状态来书写热化学反应方程式；
（2）根据图1中虚线部分降低了反应所需的活化能，结合反应热不变来分析；
（3）可逆反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，该反应为体积减小的放热反应，改变反应条件平衡移动，根据各时刻的速率变化判断平衡移动移动方向，据此判断NH₃的含量变化；
（4）当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，据此解答，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（5）利用三段法计算出平衡时各物质的浓度，再计算K，然后计算Qc，利用Qc与K的关系来分析平衡的移动．

解答：解：（1）由图可知该反应为放热反应，且生成1mol生成物放出的热量为（E₃-E₁）kg，则生成2mol生成物放热为2（E₃-E₁）kg，即该反应的热化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（E₃-E₁）kg/mol，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（E₃-E₁）kg/mol； 
（2）图1中虚线部分改变了反应的途径，从而降低了反应所需的活化能，但反应热不变，则改变的条件应为使用催化剂，
故答案为：使用催化剂；因为催化剂能改变反应的路径，使发生反应所需的活化能降低；
（3）由图2可知，t₁-t₂时应为升高温度使逆反应速率增大，化学平衡逆向移动，NH₃的含量减少；t₂-t₃时为平衡状态，含量不变；t₃-t₄时应为催化剂对化学反应的影响，反应速率增大，但化学平衡不移动；t₄-t₅时应为减小压强对反应的影响，减小压强化学平衡逆向移动，NH₃的含量减少，即t₀-t₁时NH₃的含量最大，
故答案为：t₀-t₁；
（4）a．单位时间内生成2n molNH₃的同时生成n molN₂，由方程式可知，同时消耗2n molNH₃，反应到达平衡，故a正确；
 b．反应条件为恒温恒压，压强始终不变，故容器内压强不再改变，不能说明到达平衡，故b错误；
c．容器内N₂、H₂、NH₃的浓度之比与氮气、氢气的起始浓度及转化率有关，平衡时三者的浓度之比不一定为1：3：2，故c错误；
d．恒温恒压下，混合气体的密度不再改变，说明体积不变，即混合气体总的物质的量不再变化，反应到达平衡，故d正确；
e．混合气体的平均相对分子质量不再改变，混合气体总的质量不变，故混合气体总的物质的量不变化，说明反应到达平衡，故e正确；
f．2v_正（H₂）=3v_正（NH₃），速率之比等于化学计量数之比，都表示正反应速率，反应速率始终都符合此比例关系，不能说明到达平衡，故f错误；
故答案为：ade；
（5）由4amolH₂和2amolN₂放入2L的密闭容器中，充分反应后测得N₂的转化率为50%，则
     N₂ +3H₂ ?2NH₃
开始：a     2a        0
转化：0.5a  1.5a      a 
平衡：0.5a  0.5a      a
K=

a2

0.5a×(0.5a)3

=

16

a2

，
若此时再向该容器中投入amolH₂、amolN₂和2amolNH₃，
则Q=

(2a)2

a×a3

=

4

a2

＜K，则化学平衡正向移动，
故答案为：

16

a2

；正向．

点评：本题考查热化学方程式书写、化学反应速率及化学平衡图象、化学平衡状态判断、化学平衡常数的计算与应用，掌握影响反应速率及化学平衡的影响因素即可解答，掌握利用Qc与K的关系来判断反应进行的方向，（4）中bd选项为易错点，学生容易按恒容进行分析．