Question

【題目】氮的固定一直是科學家研究的重要課題，合成氨則是人工固氮比較成熟的技術，其原理為N2 (g)+3H2 (g)2NH3(g) △H。

（1）已知每破壞1mol有關化學鍵需要的能量如下表：

H-H	N-H	N-N	N≡N
435.9kJ	390.8kJ	192.8kJ	945.8kJ

則△H=_____________。

（2）在不同溫度、壓強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數（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)表示從反應開始至達平衡狀態A、B時的化學反應速率，則vA(N2)____vB(N2)（填“＞”“＜”或“=”）

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

（3）H2NCOONH4是工業由氨氣合成尿素的中間產物。在一定溫度下、體積不變的密閉容器中發生反應：H2NCOONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)，能說明該反應達到平衡狀態的是_____（填序號）。

①混合氣體的壓強不變 ④混合氣體的平均相對分子質量不變

②混合氣體的密度不變 ⑤NH3的體積分數不變 ③混合氣體的總物質的量不變

Answer 1

【答案】-91.3kJ/mol p1＞p2＞p3 溫度相同時，加壓平衡正向移動，故壓強越大平衡混合物中氨的體積分數越大 ＜ 5925.9L2/mol2 ①②③

【解析】

根據鍵能數據求反應熱；根據平衡移動原理并結合圖象分析有關的反應條件的大小關系；根據化學平衡狀態的特征分析反應是否達到化學平衡。

（1）△H=反應物的鍵能總和-生成物的鍵能總和=435.9kJ/mol3+945.8kJ/mol-390.8kJ/mol6=-91.3kJ/mol。

（2）①由圖象可知，在相同的溫度下，平衡后混合物中氨的體積分數（φ），按p1、p2、p3順序依次減小，由于該反應是一個氣體分子數減小的反應，壓強越大則氨的體積分數越大，因此p1、p2和p3由大到小的順序是p1＞p2＞p3，其原因是：溫度相同時，加壓平衡正向移動，故壓強越大平衡混合物中氨的體積分數越大。

②若分別用vA(N2)和vB(N2)表示從反應開始至達平衡狀態A、B時的化學反應速率，由圖象可知，A點的溫度和壓強均小于B點，則vA(N2)＜vB(N2)。

③若在250℃、p1條件下，反應達到平衡時容器的體積為1L，初始時N2、H2分別為0.1mol、0.3mol。設N2、H2的變化是分別為x和3x，則N2、H2的平衡量分別為(0.1mol-x)、(0.3mol-3x)，NH3的平衡量為2x，由于該條件下，在平衡混合物中氨的體積分數為66.7%，則有，解之得x=0.08mol，因為容器的體積為1L，所以合成氨的平衡常數K=5925.9L2/mol2。

（3）在一定溫度下、體積不變的密閉容器中發生反應：H2NCOONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)。該反應是一個氣體分子數增多的吸熱反應。

①混合氣體的壓強不變，說明氣體的分子數不變，達到平衡；

②反應過程中，不斷有固體轉化為氣體，氣體的質量增大，則氣體的密度增大，故當混合氣體的密度不變時，達到平衡；

③混合氣體的總物質的量不變說明氣體的分子數不變，達到平衡。

④因為反應物只有固體，所以混合氣體的平均相對分子質量在反應開始后一直不變，故無法據此判斷是否達到平衡；

⑤NH3的體積分數在反應混合氣中是定值，無法據此判斷是否達到平衡；

綜上所述，能說明該反應達到平衡狀態的是①②③。