Question

把大气中的游离态的氮转化为氮的化合物的过程称为固氮．生物固氮和大气固氮（闪电时N₂转化为NO）属于自然固氮，这远不能满足人类的需要．工业固氮（合成氨）是目前人工固氮的主要方法．有关大气固氮和工业固氮的平衡常数K值分别如下表一和表二．
表一：N₂+O₂?2NO                     

温度	25℃	2000℃
K值	3.84×10-31	1.847

表二：N₂+3H₂?2NH₃

温度	25℃	350℃	400℃	450℃
K值	5×108	1.847	0.507	0.152

（1）根据上表中的数据分析，下列说法正确的是

 

．
A、在常温下，大气固氮几乎不可能，而工业固氮很容易进行
B、人类大规模模拟大气固氮是没有意义的
C、在常温下，增加工业固氮的容器的压强，K值会发生改变
D、大气固氮与工业固氮都是放热反应
（2）向某密闭容器中加入4mol NH₃、1.2mol H₂和一定量的N₂三种气体，一定条件下发生反应，各物质的浓度随时间变化如图甲所示[已知0～t₁阶段保持恒温、恒容，且c（N₂）未画出]．图乙为t₂时刻后改变反应条件，反应速率随时间的变化情况，已知在t₂、t₃、t₄、t₅时刻各改变一种不同的条件．

①若t₁=15s，则t₀～t₁阶段的反应速率为v（H₂）=

 

②N₂的起始物质的量为

 

③反应达到平衡状态，下列说法中能表明已达到平衡状态的是

 

A、单位时间内生成a molN₂，同时生成3a molH₂
B、容器的总压强不再变化
C、混合气体的密度不再变化
D、三个H-H 键断裂的同时有六个H-N键断裂
④t₄时刻改变的条件为

 

，t₅时刻改变的条件为

 

⑤已知t₀～t₁阶段该反应放出或吸收的热量为Q kJ（Q为正值），试写出该反应的热化学方程式：

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,化学平衡常数的含义,化学反应速率变化曲线及其应用

专题：化学平衡专题

分析：（1）A．由K可知，常温下大气固氮很难发生；
B．根据大气固氮的条件和反应程度分析；
C．K只与温度有关；
D．根据大气固氮的K与温度的关系判断；
（2）①由图可知，t₀-t₁阶段H₂浓度变化量为0.6mol/L-0.3mol/L=0.3mol/L，根据v=

△c

△t

计算v（H₂）；
②根据方程式结合生成的氢气的量计算；
③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，以及由此衍生的其它一些量不变，据此分析；
④t₄时刻正逆反应速率均减小而且正移；t₅时刻正逆反应速率均增大而且正移；结合影响速率和平衡的因素分析；
⑤根据反应的物质的量之比等于热量比求出反应热，再写出热化学方程式．

解答： 解：（1）A．由K可知，大气固氮为吸热反应，而人工固氮是放热反应，故A正确；
B．大气固氮是在放电或很高的温度下进行的，而且大气固氮的进行程度很小，利用大气固氮原理进行工业生产，成本很高，产率很小，没有实际意义，故B正确；
C．合成氨是放热反应，常温下合成氨气需要合适的催化剂，则寻找在常温下合成氨的高效催化剂是目前人工固氮的新方向，故C正确；
D．由表格中K的数据与温度可知，在常温下，人工固氮难进行，故D错误；
故答案为：AB；
（2）①由图可知，t₀-t₁阶段H₂浓度变化量为0.6mol/L-0.3mol/L=0.3mol/L，故v（H₂）=

0.3mol/L

15s

=0.02mol/（L?min），
故答案为：0.02mol/（L?min）；
②反应后氢气的浓度增大了0.3mol/L，已知反应方程式为：NH₃?N₂+3H₂，则氮气的浓度增大为0.1mol/L，所以氮气的起始浓度为0.4mol/L-0.1mol/L=0.3mol/L；N₂的起始物质的量为0.3mol/L×4L=1.2mol；
故答案为：1.2mol；
③发生反应为2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H＞0，
A．单位时间内生成a molN₂，为正速率，同时生成3a molH₂，也为正速率，都是正速率，不能说明反应是否达到平衡状态，故A错误；
B．随反应进行容器内压强增大，容器内压强不再发生变化，说明达到平衡状态，故B正确；
C．容器内混合气体的总质量不变，容器的容积不变，容器内气体密度始终不发生变化，故C错误；
D．三个H-H 键断裂表示逆速率，有六个H-N键断裂表示正速率，而且正逆速率之比为计量数之比，则说明达到平衡状态，故D正确；
故答案为：BD；
④t₄时刻正逆反应速率均减小而且正移，说明降低温度；t₅时刻正逆反应速率均增大而且正移，说明增大压强；
故答案为：降低温度；增大压强；
⑤氨气的分解反应为吸热反应，已知t₀～t₁阶段反应消耗的氨气为0.2mol/L×4L=0.8mol，该反应吸收的热量为Q kJ（Q为正值），所以消耗2mol氨气吸热为2.5kJ，则该反应的热化学方程式为2NH₃（g）?N₂ （g）+3H₂（g）△H=+2.5QkJ/mol，
故答案为：2NH₃（g）?N₂ （g）+3H₂（g）△H=+2.5QkJ/mol．

点评：本题考查化学平衡图象、化学平衡有关计算、影响化学平衡的因素、平衡状态的判断、热化学方式的书写等，是对知识的综合运用，难度中等．