Question

合成氨工業是極為重要的化學工業，當今對合成氨工業的研究仍然充滿活力．其合成原理為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.2kJ/mol．回答下列問題：
（1）如圖是合成氨時的能量變化圖，圖中A、C分別表示

 

、

 

，E的大小對該反應的反應熱有無影響？

 

．工業生產中主要用鐵觸媒作催化劑，當向反應體系中加入鐵觸媒時，圖中的E將

 

（增大、減小、不變）．當有

1

3

mol的N₂轉化為NH₃時，圖中△H′=

 

；
（2）下表是按V（N₂）：V（H₂）=1：3合成氨時NH₃的百分含量與壓強、溫度的統計數據：

	10	20	30	60
300	52.0	64.2	71.0	84.2
400	25.1	38.2	47.0	65.2
500	10.6	19.1	26.4	42.0

由上表可知：①NH₃的含量隨壓強的變化是

 

，②NH₃的含量隨溫度的變化是

 

，其原因是

 

．
（3）若反應時，反應速率v（N₂）為 a mol/L?min，則v（H₂）=

 

；
（4）在10Pa、400℃時，若以N₂（g）與H₂（g）的物質的量分別為1mol和3mol進行反應，則達到平衡時，N₂（g）的轉化率約為

 

．

Answer 1

分析：（1）對于放熱反應，反應物的能量會高于生成物的能量，加入催化劑可以降低反應的活化能，熱化學方程式系數代表物質的量；
（2）根據壓強和溫度對化學平衡移動的影響知識來回答；
（3）根據不同物質表示的化學反應速率之比等于方程式的系數之比來回答；
（4）根據合成氨時NH₃的百分含量與壓強、溫度的統計數據結合三行式進行計算．

解答：解：（1）對于放熱反應，反應物的能量會高于生成物的能量，圖中A的能量高于C，所以A、C分別表示反應物的能量、生成物的能量，E的大小只和反應物以及產物有關，和活化能無關，所以E的大小對該反應的反應熱有無影響，當向反應體系中加入催化劑鐵觸媒時，會降低反應的活化能，根據反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol，3mol氮氣參加反應時，放出的能量是92.2kJ，所以當有

1

3

mol的N₂轉化為NH₃時，圖中△H′=-

1

3

×92.2kJ/mol=-30.7kJ/mol，
故答案為：反應物能量；生成物的能量；無；減小；-30.7kJ/mol；
（2）增大壓強，化學平衡向著氣體體積減小的方向進行，即向著正方向進行，溫度升高，化學平衡向著吸熱方向進行，即向著逆反應方向進行，同壓下，溫度越高，NH₃的百分含量越低，
故答案為：同溫下，壓強越大，NH₃的百分含量越高；同壓下，溫度越高，NH₃的百分含量越低；正反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應的方向移動；
（3）若反應時，反應速率v（N₂）應該是氫氣反應速率的三分之一，所以率v（N₂）為 a mol/（L?min），則v（H₂）=3amol/（L?min），
故答案為：3amol/（L?min）；
（4）根據表中信息，在10Pa、400℃時，NH₃的百分含量為25.1%，設N₂（g）的變化量是n，則
         N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
初始量：1        3        0
變化量：n         3n       2n
平衡量：1-n      3-3n       2n
即

1-n

1-n+3-3n+2n

×100%=25.1%，解得n≈0.4mol，
所以氮氣的轉化率為

0.4

1

×100%=40%，
故答案為：40%．

點評：本題涉及化學反應的熱效應、化學平衡的有關計算以及影響化學平衡移動的因素等知識，可以根據所學知識來回答，難度不大．