Question

【题目】工业合成氨对人类生存贡献巨大，反应原理为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) △H

(1)若在一容积为2L的密闭容器中加入0.2mol的N2和0.6mol的H2在一定条件下发生反应，若在5分钟时反应达到平衡，此时测得NH3的物质的量为0.2mol。则前5分钟的平均反应速率v(N2)=__。

(2)平衡后，若提高H2的转化率，可以采取的措施有__。

A．加入催化剂 B．增大容器体积

C．降低反应体系的温度 D．加入一定量N2

(3)科学家研究在催化剂表面合成氨的反应机理，反应步骤与能量的关系如图所示（吸附在催化剂表面的微粒用*标注，省略了反应过程中的部分微粒）。

写出步骤c的化学方程式___；由图像可知合成氨反应的△H__0（填“＞”“＜”或“=”）。

(4)将n(N2)∶n(H2)=1∶3的混合气体，匀速通过装有催化剂的刚性反应器，反应器温度变化与从反应器排出气体中NH3的体积分数φ(NH3)关系如图。随着反应器温度升高，NH3的体积分数φ(NH3)先增大后减小的原因是_。

某温度下，混合气体在刚性容器内发生反应，起始气体总压为2×107Pa，平衡时总压为开始的90%，则H2的转化率为___（气体分压P分=P总×体积分数）。用某物质的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示化学平衡常数（记作KP），此温度下，该反应的化学平衡常数KP=__（分压列计算式、不化简）。

(5)合成氨的原料气H2可来自甲烷水蒸气催化重整（SMR）。我国科学家对甲烷和水蒸气催化重整反应机理也进行了广泛研究，通常认为该反应分两步进行。第一步：CH4催化裂解生成H2和碳（或碳氢物种），其中碳（或碳氢物种）吸附在催化剂上，如CH4→Cads/［C(H)n］ads＋(2-)H2；第二步：碳（或碳氢物种）和H2O反应生成CO2和H2，如Cads/C(H)n］ads＋2H2O→CO2＋(2＋)H2。反应过程和能量变化残图如下（过程①没有加催化剂，过程②加入催化剂），过程①和②ΔH的关系为：①__②（填“＞”“＜”或“=”）；控制整个过程②反应速率的是第__步（填“I”或“II”），其原因为__。

Answer 1

【答案】0.01molL-1min-1 CD NNH+H2N+NH3 < 温度低于To时未达平衡，温度升高，反应速率加快，NH3的体积分数增大；高于To时反应达平衡，由于该反应是放热反应，温度升高平衡常数减小，NH3的体积分数减小(答案合理即可) 20% = Ⅱ 第Ⅱ步的活化能大，反应速率慢

【解析】

(1)对于合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，由平衡时生成NH3的物质的量为0.2mol，可求出参加反应的N2为0.1mol，由此可求出在一容积为2L的密闭容器中，前5分钟的平均反应速率v(N2)。

(2)A．加入催化剂，可加快反应速率，但对平衡不产生影响；

B．增大容器体积，也就是减小压强，平衡逆向移动；

C．降低反应体系的温度，平衡正向移动；

D．加入一定量N2，平衡正向移动。

(3)由图中可以看出，步骤c中NNH与H2在催化剂作用下发生反应生成N和NH3；由图象可知合成氨反应的反应物总能量大于生成物的总能量。

(4)对于放热反应，升高温度平衡逆向移动，To前，随温度升高，NH3的体积分数φ(NH3)增大，则表明反应未达平衡，由此得出先增大后减小的原因。

令起始时，n(N2)=1mol，则n(H2)=3mol，设参加反应的N2的物质的量为x，从而建立三段式：

则，由此可求出x=0.2mol，从而确定H2的转化率。则平衡分压p(N2)==4×106pa，p(H2)==1.2×107pa，p(NH3)==2×106pa，代入KP即得。

(5)过程①和②中，催化剂不影响反应物的转化率，对ΔH不产生影响；整个过程②分两步进行，第二步的活化能大。

(1)对于合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，由平衡时生成NH3的物质的量为0.2mol，可求出参加反应的N2为0.1mol，由此可求出在一容积为2L的密闭容器中，前5分钟的平均反应速率v(N2)== 0.01molL-1min-1。答案为：0.01molL-1min-1；

(2)A．加入催化剂，可加快反应速率，但对平衡不产生影响，A不合题意；

B．增大容器体积，也就是减小压强，平衡逆向移动，H2的转化率减小，B不合题意；

C．降低反应体系的温度，平衡正向移动，H2的转化率增大，C符合题意；

D．加入一定量N2，平衡正向移动，H2的转化率增大，D符合题意；

故选CD。答案为：CD；

(3)由图中可以看出，步骤c中NNH与H2在催化剂作用下发生反应生成N和NH3，步骤c的反应方程式为NNH+H2N+NH3；由图象可知合成氨反应的反应物总能量大于生成物的总能量，所以合成氨反应的△H<0。答案为：NNH+H2N+NH3；<；

(4)对于放热反应，升高温度平衡逆向移动，To前，随温度升高，NH3的体积分数φ(NH3)增大，则表明反应未达平衡，由此得出先增大后减小的原因为温度低于To时未达平衡，温度升高，反应速率加快，NH3的体积分数增大；高于To时反应达平衡，由于该反应是放热反应，温度升高平衡常数减小，NH3的体积分数减小(答案合理即可)。答案为：温度低于To时未达平衡，温度升高，反应速率加快，NH3的体积分数增大；高于To时反应达平衡，由于该反应是放热反应，温度升高平衡常数减小，NH3的体积分数减小(答案合理即可)；

令起始时，n(N2)=1mol，则n(H2)=3mol，设参加反应的N2的物质的量为x，从而建立三段式：

则，由此可求出x=0.2mol，从而确定H2的转化率为=20%；平衡分压p(N2)==4×106pa，p(H2)==1.2×107pa，p(NH3)==2×106pa，代入，即得KP=。答案为：20%；；

(5)过程①和②中，催化剂不影响反应物的转化率，对ΔH不产生影响，所以①=②；整个过程②分两步进行，第II步的活化能大，所以需控制第II步，其原因为第Ⅱ步的活化能大，反应速率慢。答案为：=；Ⅱ；第Ⅱ步的活化能大，反应速率慢。