Question

【題目】氮及其化合物在生活及工業生產中有著重要應用。請回答以下問題：

(1)如圖是N2(g)、H2(g)與NH3(g)之間轉化的能量關系圖，則：

①N2(g)與H2(g)反應生成NH3(g)的熱化學方程式為___________________.

②過程(Ⅰ)和過程(Ⅱ)的反應熱________(填“相同”或“不同”).

③某溫度下，在1 L恒溫恒容容器中充入1molN2和3 mol H2進行上述反應，10 min達到平衡，此時容器內壓強變為原來的7/8.

a.該過程的平衡常數的表達式為____________.

b.N2的平衡轉化率為________.

c.此時若保持容器溫度和體積不變，向其中再加入2.25 molN2和0.5 mol NH3，則平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移動.

(2)用NH3可以消除氮氧化物的污染，已知：

反應Ⅰ：4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g) ΔH1＝a kJ·mol－1 平衡常數為K1

反應Ⅱ：N2(g)＋O2(g)2NO(g) ΔH2＝b kJ·mol－1 平衡常數為K2

反應Ⅲ：4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(g) ΔH3＝c kJ·mol－1 平衡常數為K3

則反應Ⅱ中的b＝_____(用含a、c的代數式表示)，K3=_____(用K1和K2表示).反應Ⅲ中的ΔS______(填“>”“<”或“＝”)0.

(3)在恒容的密閉器中，充入一定量的NH3和NO進行上述反應Ⅲ，測得不同溫度下反應體系中NH3的轉化率(α)與壓強p的關系如圖所示：

①分析得p1________p2.(填“>”“<”或“＝”)

②下列敘述中，不能作為判斷反應Ⅲ已經達到平衡狀態的標志的是________(填序號).

a．N2的濃度不再改變 b．斷裂6 mol N—H鍵的同時，有6 mol H—O鍵形成

c．容器中壓強不再變化 d．混合氣體的密度保持不變

Answer 1

【答案】N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92 kJ·mol－1 相同 K=c2(NH3)/［c(N2)c3(H2)］ 25% 不 (a-c)/3 > < bd

【解析】

（1）①據圖可知2molNH3分解得到1molN2和3molH2，吸收92kJ/mol的熱量，因而N2(g)與H2(g)反應生成NH3(g)的熱化學方程式為N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92 kJ·mol－1。

②根據蓋斯定律，反應熱只與起始狀態及終了狀態有關，與過程無關，這兩個過程起始狀態和終了狀態相同，因而反應熱相同。

③可以根據三段式去求解，設轉化xmol/LN2：

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

起 1 3 0

轉 x 3x 2x

平 1-x 3-3x 2x

根據此時容器內壓強變為原來的7/8，可列式得，則x=0.25mol/L。

a. K= ；

b. N2的平衡轉化率為0.25/1×100％=25％；

c. 平衡時c(N2)=0.75mol/L，c(H2)=2.25mol/L，c(NH3)=0.5mol/L，K==0.029，向其中再加入2.25 molN2和0.5 mol NH3，則c(N2)=3mol/L，c(H2)=2.25mol/L，c(NH3)=1mol/L，Q= =0.029，因而Q=K，平衡不移動。

（2）根據蓋斯定律，設反應Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別為A、B、C，則B=(A-C)/3，因而b=(a-c)/3，由于c=a-3b，所以可知K3=K1/K23，根據4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(g)可知該反應各物質均為氣體，且氣體體積增大，因而混亂度變大，故ΔS>0。

（3）根據4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(g)可知該反應的氣體計量數在反應前后增大，因而保持溫度不變，NH3的轉化率(α)越大，說明壓強越小，因而p1<p2。a．N2的濃度不再改變，說明各組分濃度都不變，因而可以作為判斷平衡的標志，正確；b．斷裂6 mol N—H鍵的同時，有6 mol H—O鍵形成，根據反應特點，兩者都表示正反應速率，因而錯誤；c．由于反應前后氣體計量數變化，當容器中壓強不再變化可以判斷平衡，正確；d．混合氣體的密度ρ=m/V，由于各組分都是氣體，反應前后混合氣體總質量不變，又容器恒定，體積不變，因而密度始終是個定值，錯誤。故答案選bd。