Question

4．合成氨工业的核心反应是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=“Q“kJ•mol^-1，能量变化如图所示，回答下列问题：
（1）在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E₁和E₂的变化是：E₁减小（填“增大”、“减小”、“不变”，下同）； E₂-E₁不变
（2）在500℃、2×10⁷ Pa和催化剂条件下向一密闭容器中充入0.5mol N₂和1.5mol H₂，充分反应后，放出的热量＜ 46.2kJ（填“＜”、“＞”或“=”）
（3）关于该反应的下列说法中，正确的是D．
A．△H＞0，气体分子数目增多                 B．△H＞0，气体分子数目减少
C．△H＜0，气体分子数目增多                 D．△H＜0，气体分子数目减少
（4）将一定量的N₂（g）和H₂（g）放入1L密闭容器中，在500℃、2×10⁷ Pa下达到平衡，测得N₂为0.10mol，H₂为0.30mol，NH₃为0.10mol．计算该条件下达到平衡时H₂的转化率33.3%．若升高温度，K值变化减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（5）在上述（4）反应条件的密闭容器中欲提高合成氨中H₂的转化率，下列措施可行的AD（填字母）．
A．向容器中按原比例再充入原料气                B．向容器中再充入惰性气体
C．改变反应的催化剂                            D．分离出氨气．

Answer 1

分析 （1）加入催化剂，降低反应的活化能，但是不会改变反应的焓变；
（2）根据可逆反应的特点分析；
（3）图象分析焓变，依据反应前后气体体积变化分析熵变；
（4）根据化学方程式，依据化学平衡三段式列式进行计算，根据转化率=$\frac{变化量}{初始量}$×100%，温度升高，反应逆向移动；
（5）反应条件的密闭容器中欲提高合成氨中H₂的转化率，应使平衡正向移动，据此回答．

解答 解：（1）加入催化剂，降低反应的活化能，则E₁和E₂都减小，但是不会改变反应的焓变，所以E₂-E₁不变，故答案为：减小；不变；
（2）当0.5mol N₂和1.5mol H₂完全反应时，才能放出46.2kJ的热量，但反应为可逆反应，不能完全进行，则密闭容器中充入0.5mol N₂和1.5mol H₂，充分反应后，放出的热量小于46.2kJ，故答案为：＜；
（3）N₂（g）+3H₂（g）$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$2NH₃（g）；△H=QKJ•mol^-1 ，图象分析可知反应是放热反应△H＜0，反应前后是气体体积减小的反应，△S＜0；
故答案为：D；
（4）根据化学方程式和三段式列式计算：
         N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
初始浓度； 0.6   0.45       0
变化浓度：0.5    0.15       0.1
平衡浓度：0.1     0.3       0.1
该条件下H₂的转化率=$\frac{0.15mol/L}{0.45mol/L}$×100%≈33.3%，
反应是放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小；
故答案为：33.3%；减小；
（5）根据化学平衡：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），反应是气体体积减小的放热反应，欲提高H₂的转化率，平衡正向进行；
A．向容器中按原比例再充入原料气，则压强增大，平衡向右移动，氢气的转化率增大，故A正确；
B．向容器中再充入惰性气体，则各组分浓度不变，平衡不移动，氢气的转化率不变，故B错误；
C．改变反应的催化剂，不影响平衡的移动，氢气的转化率不变，故C错误；
D．液化生成物分离出氨，平衡向右移动，氢气的转化率增大，故D正确；
故答案为：AD．

点评 本题考查平衡常数即影响因素、化学反应速率、影响化学平衡的元素与平衡状态的判断等，难度中等，注意平衡状态判断选择判断的物理量，应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，属于综合的考查，注意知识的归纳和整理是解题关键．