Question

【題目】NH3是一種重要的化工原料，其合成及應用一直備受廣大化學工作者的關注。N2和H2生成NH3的反應為：N2（g）+3H2(g) 2NH3(g) △H=－92kJmol-1。

（1）已知：N2(g) 2N(g) ; H2(g) 2H(g)，則斷開1 mol N－H鍵所需要的能量是_____________kJ。

（2）有利于提高合成氨平衡產率的條件是_______________。

A．低溫 B.高溫 C.低壓 D.高壓 E.催化劑

（3）向一個恒溫恒壓容器充入1 mol N2和3mol H2模擬合成氨反應，下圖為不同溫度下平衡混合物中氨氣的體積分數與總壓強（p）的關系圖。

若體系在T1、60MPa下達到平衡。

①此時平衡常數Kp=___________ （用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓＝總壓×物質的量分數；列出計算式即可，無需化簡）。

②T1_____________T2（填“>”、“<”或“=”）。

③達到平衡后，再向容器中充入適量氨氣，達到新平衡時，c(H2)將______（填“增大”“減小”或“不變”）

（4）合成氨反應在催化劑作用下的反應歷程為（*表示吸附態）：

第一步 N2（g）→2N*；H2（g）→2H*（慢反應）

第二步 N*+H* NH*；NH*+H NH2*；NH2* +H* NH3*；（快反應）

第三步 NH3* NH3(g) （快反應）

比較第一步反應的活化能E1與第二步反應的活化能E2的大小：E1__________E2（填“>”、“<”或“=”），判斷理由是________________________________________________。

Answer 1

【答案】391 AD < 不變 > 活化能越大，反應速率越慢

【解析】

(1)焓變利用鍵能求算時，△H=反應物鍵能和-生成物鍵能和，據此分析；

(2)提高合成氨平衡產率，即平衡正向移動，降低溫度，平衡正向移動，當增大反應壓強，平衡會向著體積減小的方向進行，催化劑對平衡沒有影響；

(3)①若體系在T1、60MPa下達到平衡，相同溫度下，氣體的體積分數等于其物質的量分數，根據三段式，求得平衡時各物質的物質的量，從而得到答案；

②放熱反應，降低溫度，平衡正向移動，氨氣的體積分數增大；

③恒溫恒壓，溫度不變，平衡常數不變，據此分析解答；

(4)第一步為慢反應，說明要反應需要從外界吸收的熱量多，活化分子數少，活化能大。

(1)設1mol N-H鍵需要的能量是xkJ，由△H=反應物鍵能和-生成物鍵能和，得-92kJ=436kJ×3+946kJ-6x，解得：x=391kJ；

(2)提高合成氨平衡產率，即平衡正向移動，N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92kJmol-1這是一個放熱反應，降低溫度，平衡正向移動，反應前后，體積縮小，當增大反應壓強，平衡會向著體積減小的方向進行，即正向，催化劑只會加快反應速率，對平衡沒有影響；故答案為AD；

(3)①若體系在T1、60MPa下達到平衡，相同溫度下，氣體的體積分數等于其物質的量分數，

設平衡時n(NH3)=xmol，

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

開始(mol) 1 3 0

反應(mol) 0.5x 1.5x x

平衡(mol) 1-0.5x 3-1.5x x

=60%，解得x=1.5mol；分壓=總壓×物質的量分數，平衡時N2、H2、NH3物質的量分數分別為0.1、0.3、0.6，得到平衡常數K=；

②N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92kJmol-1這是一個放熱反應，降低溫度，平衡正向移動，氨氣的體積分數增大，故T1＜T2；

③恒溫恒壓，溫度不變，平衡常數不變，達到平衡后，再向容器中充入適量氨氣，達到新平衡時，各物質的濃度都不變，故c(H2)不變；

(4)第一步為慢反應，說明要反應需要從外界吸收的熱量多，活化分子數少，活化能大，即E1＞E2。