Question

【題目】氮的固定一直是科學(xué)家研究的重要課題，合成氨則是人工固氮比較成熟的技術(shù)，其原理為

N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H。

（1）已知每破壞1mol有關(guān)化學(xué)鍵需要的能量如下表：

H-H	N-H	N-N	NN
435.9KJ	390.8KJ	192.8KJ	945.8KJ

則△H=_____________。

（2）在恒溫、恒壓容器中，氨體積比1：3加入N2和H2進(jìn)行合成氨反應(yīng)，達(dá)到平衡后，再向容器中充入適量氨氣，達(dá)到新平衡時，c(H2)將_________（填“增大”“減小”或“不變”）

（3）在不同溫度、壓強(qiáng)和相同催化劑條件下，初始時N2、H2分別為0.1mol、0.3mol時，平衡后混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)（φ）如圖所示。

①其中，p1、p2和p3由大到小的順序是________，其原因是__________。

②若分別用vA(N2)和vB(N2)表示從反應(yīng)開始至達(dá)平衡狀態(tài)A、B時的化學(xué)反應(yīng)速率，則vA(N2)______ vB(N2)（填“>”“<”或“=”）

③若在250℃、p1條件下，反應(yīng)達(dá)到平衡時容器的體積為1L，則該條件下合成氨的平衡常數(shù)K=___（保留一位小數(shù)）。

（4）H2NCOONH4是工業(yè)由氨氣合成尿素的中間產(chǎn)物。在一定溫度下、體積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：H2NCOONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)，能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_____（填序號）。

①混合氣體的壓強(qiáng)不變

②混合氣體的密度不變

③混合氣體的總物質(zhì)的量不變

④混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變

⑤NH3的體積分?jǐn)?shù)不變

Answer 1

【答案】-91.3KJ/mol 不變 p1>p2>p3 溫度相同時，加壓平衡正向移動，故壓強(qiáng)越大平衡混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)越大 < 5925.9L2/mol2 ①②③

【解析】

試題（1）根據(jù)鍵能和反應(yīng)熱的關(guān)系計算；

（2）根據(jù)等效平衡分析；

（3）①根據(jù)壓強(qiáng)對平衡狀態(tài)的影響結(jié)合反應(yīng)特點(diǎn)分析；

②根據(jù)外界條件對反應(yīng)速率的影響分析；

③根據(jù)平衡常數(shù)的含義結(jié)合圖像中數(shù)據(jù)計算平衡常數(shù)；

（4）根據(jù)平衡狀態(tài)的含義分析。

解析：（1）反應(yīng)熱等于斷鍵吸收的能量和形成化學(xué)鍵所放出的能量的差值，則該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=945.8kJ/mol＋3×435.9kJ/mol－2×3×390.8kJ/mol＝-91.3kJ/mol；

（2）在恒溫、恒壓容器中，氨體積比1：3加入N2和H2進(jìn)行合成氨反應(yīng)，達(dá)到平衡后，再向容器中充入適量氨氣，由于只有一種生成物，所以平衡等效，則達(dá)到新平衡時，c(H2)不變。

（3）①合成氨反應(yīng)是體積減小的，增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，氨氣的含量增加，所以根據(jù)圖像可知p1、p2和p3由大到小的順序是p1>p2>p3。

②根據(jù)圖像可知A點(diǎn)溫度和壓強(qiáng)均小于B點(diǎn)，溫度越高，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越大，所以反應(yīng)速率vA(N2)<vB(N2)。

③根據(jù)圖像可知在250℃、p1條件下，反應(yīng)達(dá)到平衡時容器的體積為1L，氨氣的含量為66.75，則

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始量（mol） 0.1 0.3 0

轉(zhuǎn)化量（mol） x 3x 2x

平衡量（mol） 0.1-x 0.3-3x 2x

所以

解得x＝0.08

因此該條件下合成氨的平衡常數(shù)K=5925.9L2/mol2。

（4）在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時（但不為0），反應(yīng)體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學(xué)平衡狀態(tài)。①正反應(yīng)是體積減小的，則混合氣體的壓強(qiáng)不變說明達(dá)到平衡狀態(tài)；②密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應(yīng)過程中容積始終是不變的，但氣體的質(zhì)量是變化的，則混合氣體的密度不變說明達(dá)到平衡狀態(tài)；③正反應(yīng)是體積減小的，混合氣體的總物質(zhì)的量不變說明達(dá)到平衡狀態(tài)；④混合氣的平均相對分子質(zhì)量是混合氣的質(zhì)量和混合氣的總的物質(zhì)的量的比值，由于氣體只有氨氣和二氧化碳，且二者的體積比始終是2：1，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量始終不變，不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)；⑤由于氣體只有氨氣和二氧化碳，且二者的體積比始終是2：1，所以NH3的體積分?jǐn)?shù)始終不變，不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)。答案選①②③。