Question

【題目】合成氨是人類科學技術上的一項重大突破，對社會發展與進步作出了巨大貢獻。

（1）450℃時，在一個體積為2L的恒容密閉容器中充入0.4 mol N2和0.6 mol H2（10min時改變某一條件），測得反應過程中N2、H2和NH3的物質的量隨時間變化如下表：

時間 物質的量	5 min	10 min	15 min	20 min	25 min
n(N2)/mol	0.36	0.35	0.275	0.25	0.25
n(H2)/mol	0.48	0.45	0.225	0.15	0.15
n(NH3)/mol	0.08	0.1	0.25	0.30	0.30

①5～10 min內，生成NH3的平均反應速率是_______ mol/(L·min)。

②下列能作為判斷該反應達到化學平衡狀態的依據是_______（填字母序號）。

A．v(N2)正=3v(H2)逆 B．容器內壓強保持不變

C．容器內混合氣體的密度保持不變 D．容器內混合氣體的平均相對分子量不變

③第10 min時改變的條件是使用了高效催化劑，理由是_______。

（2）合成氨的反應原理為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH。

相關化學鍵鍵能數據如下：

化學鍵	H—H	N≡N	N—H
E /（kJ/mol）	436	946	391

由此計算ΔH=_______kJ/mol，低溫下，合成氨反應_______（填“能”或“不能”）自發進行。已知合成氨反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的活化能Ea1=499kJ/mol，由此計算氨分解反應2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能Ea2=_______kJ/mol。

（3）已知：氨在某催化劑催化氧化過程中主要有以下兩個競爭反應：

反應Ⅰ：4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H =﹣906kJ/mol

反應II：4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) △H =﹣1267kJ/mol

①該條件下，N2(g)+O2(g)2NO(g) △H = _______kJ/mol

②為分析催化劑對反應的選擇性，在1 L密閉容器中充入1 mol NH3和2 mol O2，測得有關物質的物質的量隨溫度變化如圖所示。

該催化劑在較低溫度時主要選擇反應_______（填“反應Ⅰ”或“反應II”）。520℃時，反應Ⅰ的平衡常數K=_______（只列算式不計算）。

Answer 1

【答案】 0.002 BD 10～15min與5～10min相比較，三種氣體物質的速率均增大，且增大相同倍數 -92 能 591 180.5 反應Ⅱ

【解析】本題主要考查影響化學平衡的外界條件、有關反應熱的計算機平衡狀態的判斷、反應速率和平衡常數的計算等。

（1）①5～10 min內，生成NH3的平均反應速率是0.02/2/5 mol/(L·min)=0.002mol/(L·min)。

②A．v(N2)正=1/3v(H2)正=3v(H2)逆，故A 不能作為判斷該反應達到化學平衡狀態的依據;B．該反應氣體物質的量減小，隨著反應進行氣體物質的量發生變化，使得壓強發生變化，當容器內壓強保持不變時，表明反應達到平衡狀態，故B能作為判斷該反應達到化學平衡狀態的依據；C．氣體質量不變，體積不變，容器內混合氣體的密度一直保持不變 ，故C不能作為判斷該反應達到化學平衡狀態的依據；D．氣體質量不變，隨著反應進行，氣體物質的量發生變化，使得混合氣體的平均相對分子質量發生變化，當容器內混合氣體的平均相對分子量不變時，表明反應達到平衡狀態，故D能作為判斷該反應達到化學平衡狀態的依據。故選BD。

③第10 min時改變的條件是使用了高效催化劑，理由是10～15min與5～10min相比較，三種氣體物質的速率均增大，且增大相同倍數。

（2）ΔH=反應物鍵能-生成物鍵能=(3×436+946-6×391)kJ/mol=-92kJ/mol，低溫下，合成氨反應T△S絕對值較小，△H–T△S＜0，該反應能自發進行。正逆反應活化能的差值等于反應熱。已知合成氨反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的活化能Ea1=499kJ/mol，由此計算氨分解反應2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能Ea2=(499+92)kJ/mol=591kJ/mol。

（3）①該條件下，(反應I-反應II)/2得N2(g)+O2(g)2NO(g) △H = 180.5kJ/mol

②為分析催化劑對反應的選擇性，在1 L密閉容器中充入1 mol NH3和2 mol O2，

該催化劑在較低溫度時主要選擇反應反應II。520℃時，各物質平衡濃度為c(NO)= c(N2)=0.2mol/L，c(NH3)=(1-0.2-0.4)mol/L=0.4mol/L，c(H2O)=1.5(0.2+0.4)mol/L=0.9mol/L，c(O2)=(2-0.1-0.45)mol/L=1.45mol/L，反應Ⅰ的平衡常數K==。