Question

(17分)人工固氮是指將氮元素由游離態轉化為化合態的過程。據報道,常溫、常壓、光照條件下,N₂在摻有少量氧化鐵的二氧化鈦催化劑表面能與水發生反應，生成的主要產物為NH₃，相應的熱化學方程式為：N₂(g)+3H₂O(l)2NH₃(g)+O₂(g)  △H=+765.0kJ /mol。

Ⅰ．請在下圖所示的坐標中畫出上述反應在有催化劑和無催化劑兩種情況下反應體系中的能量變化示意圖，并進行標注(包括△H)。

Ⅱ．目前工業合成氨的原理是：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)  △H=－93.0kJ /mol。

回答下列問題：

(1)氫氣的燃燒熱△H=_______________kJ/mol。

(2)在恒溫恒容密閉容器中進行的合成氨反應，下列能表示達到平衡狀態的是_______(填序號)。

a．混合氣體的壓強不再發生變化

b．混合氣體的密度不再發生變化

c．反應容器中N₂、NH₃的物質的量的比值不再發生變化

d．單位時間內斷開a個H－H鍵的同時形成3 a個N－H鍵

e．三種物質的濃度比恰好等于化學方程式中各物質的化學計量數之比

(3)在恒溫恒容的密閉容器中，合成氨反應的各物質濃度變化曲線如下圖所示。請回答下列問題：

① 表示N₂ 的濃度變化的曲線是               (選填曲線代號“A”、“B”或“C”)。

② 前25 min 內，用H₂ 的濃度變化表示的化學反應平均速率是             。

③在25 min 末反應剛好達到平衡，則該溫度下反應的平衡常數K =        (計算結果可用分數表示)。若升高溫度，該反應的平衡常數值將_______(填“增大”、“減小”或“不變”)。

(4)在第25 min 末，保持其它條件不變，若升高反應溫度并設法保持該溫度不變，在第35 min末再次達到平衡。平衡移動過程中H₂ 濃度變化了1.5 mol·L^－1，請你在圖中畫出第25 min ～ 40 min NH₃濃度變化曲線。

(5)在一定溫度下，將1 mol N₂和3 mol H₂混合置于體積不變的密閉容器中發生反應，達到平衡狀態時，測得氣體總物質的量為2.8 mol 。

①達平衡時，H₂的轉化率α₁ = ____________。

②在相同條件下，若起始時只將NH₃置于該容器中，達到平衡狀態時NH₃的轉化率為α₂，當α₁ + α₂ =1時，則起始時n (NH₃)= ________mol。

 

Answer 1

【答案】

 

或

Ⅱ. (1)－286.0(1分)

(2) a c  (每個1分，共2分，有錯不得分。)

(3)① C (1分)                 

② 0.12 mol·L^－1·min^－1(2分)

③ 4/27 (或0.148、0.15) (2分，寫單位也得分)          減小(1分)

(4)

說明：對曲線的斜率不做要求，但曲線彎的方向要考慮，這涉及到濃度對反應速率的影響問題。起點與終點要正確，達平衡的時間要一致。(2分)

(5)① 60%(2分)         ② 2(1分)

【解析】

試題分析：Ⅰ．催化劑是通過降低反應的活化能來加快化學反應速率的，使用催化劑后，活化能降低，故答案為：

Ⅱ. (1)根據蓋斯定律：N₂(g)+3H₂O(l)2NH₃(g)+O₂(g)  △H=+765.0kJ /mol（1）；N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)  △H=－93.0kJ /mol（2），把×（2）-×（1），得出

H₂(g) + O₂(g)= H₂O(l)；△H=－286.0 kJ /mol；

（2）在恒溫恒容密閉容器中，因為合成氨是氣體分子數目減小的反應，混合氣體的壓強不再發生變化，說明達到平衡；因為總質量和總物質的量始終不變，混合氣體的密度與平衡無關；反應容器中N₂、NH₃的物質的量的比值不再發生變化，說明各物質濃度不變，反應達到平衡；不管是否達到平衡，斷開a個H－H鍵的同時肯定形成3 a個N－H鍵；三種物質的濃度比恰好等于化學方程式中各物質的化學計量數之比可能只是某一時刻的比值，不能證明是否達到平衡。

(3) ① 氮氣的濃度的減少是氫氣減少的1/3，所以選擇C；

② 根據圖像；

③在25 min 末反應剛好達到平衡，；該反應是放熱反應，若升高溫度，平衡逆向移動，該反應的平衡常數值將減小；

(4) 升高反應溫度，平衡逆向移動，氫氣的濃度增加1.5 mol·L^－1，氨氣減少1 mol·L^－1，變為1.0mol·L^－1。

（5）設平衡時有x molN₂轉化

N₂（g）+3H₂（g）） 2NH₃（g）

起始物質的量：1mol   3mol             0

變化的物質的量：x     3x               2x

平衡物質的量：1-x    3-3x              2x

4-2x=2.8，得出x=0.6mol ，α₁ =60%；

α₁ + α₂ =1，說明這兩個反應達到平衡時的狀態完全相同，即加入的氨氣為2mol。

考點：考查化學反應速率、化學平衡狀態、平衡移動的影響因素及平衡計算。

點評：通過圖像綜合考查了化學反應速率、化學平衡及計算問題，需要學生較強的觀察能力及思維能力，難度較大。