Question

（17分）氨的合成原理為：N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）；△H= —92．4 KJ·mol^—1。現在500℃、20 MPa時，將N₂、H₂置于一個容積為2 L的密閉容器中發生反應，反應過程中各物質的物質的量變化如圖。

回答下列問題：
（1）10 min內以NH₃表示的平均反應速率               ；
（2）在10 ~20 min內：NH₃濃度變化的原因可能是                  ；

A．加了催化劑

B．縮小容器體積

C．降低溫度

D．增加NH3物質的量

（3）第1次平衡的時間范圍為：             ，第2次平衡的時間范圍為：             ，
第1次平衡：平衡常數K₁ =            （帶數據的表達式），第2次平衡時NH₃的體積分數          ；
（4）在反應進行至25 min時：
①曲線發生變化的原因：                 
②達第二次平衡時，新平衡的平衡常數K₂     K₁（填“大于”、“等于”、“小于”）；
（5）在25~40 min時，計算合成氨過程中的反應熱△H=                 。
（6）根據最新“人工固氮”的研究報道，在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑（摻有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面與水發生下列反應：
N₂（g） + 3H₂O（1） 2NH₃（g） + O₂（g） ；△H =" a" kJ·mol^—1
進一步研究NH₃生成量與溫度的關系，常壓下達到平衡時測得部分實驗數據如下表：

T/K	303	313	323
NH3生成量/（10-6mol）	4．8	5．9	6．0

①此合成反應的a   0；ΔS   0，（填“＞”、“＜”或“＝”）
②已知：N₂（g） + 3H₂（g）2NH₃（g）  ΔH= －92 ．4kJ·mol^—1
2H₂（g） + O₂（g） = 2H₂O（l） = －571．6kJ·mol^—1
則常溫下氮氣與水反應生成氨氣與氧氣的熱化學方程式為：                     

Answer 1

（17分）（1）v = 0.005 mol·L^-1 ·min^-1 ；（1分） （2）AB（1分）
（3）20~25 min （1分）   35~40 min （1分）
K =（0.15）² 0.125×（0.075）³ （帶數據的表達式），（1分） 45．5 %  ；（1分）
（4）①移走0．1 mol NH₃，（2分）②等于（1分）
（5）△H= —2．31 KJ·mol^-1。（2分） （6） ①＞、＞ （各1分）
②2N₂（g） + 6H₂O（1） = 4NH₃（g） + 3O₂（g） ΔH="+1530" kJ·mol^-1 （2分）或
N₂（g） + 3H₂O（1） = 2NH₃（g） + O₂（g） ΔH="+765" kJ·mol^-1 （2分）

（1）根據圖像可知，10min時氨氣的物質的量是0.1mol，濃度是0.05mol/L，所以其反應速率是0.05mol/L÷10min＝ 0.005 mol·L^-1 ·min^-1。
（2）根據圖像可知，在10 ~20 min內氨氣的生成速率增大，再20min時反應達到平衡狀態，所以改變的條件應該是使用了催化劑會縮小了容器容積，答案選AB。
（3）反應進行到25min是物質的濃度又方式變化，所以第1次平衡的時間范圍為20~25 min；同樣根據圖像可知，第2次平衡的時間范圍為35~40 min；第1次平衡時氨氣、氮氣和氫氣的濃度分別是（mol/L）0.15、0.125和0.075，所以K =（0.15）² 0.125×（0.075）³；第2次平衡時氨氣、氮氣和氫氣的物質的量分別是（mol）0.25、0.225、0.075，所以氨氣的體積分數是。
（4）①根據圖像可知，25min是氨氣的物質的量降低到0.2mol，而氮氣和氫氣的物質的量逐漸減小，所以改變的條件是移走0.1 mol NH₃。
②溫度不變，所以平衡常數是不變的。
（5）感覺圖像可知，在25~40 min時，又生成0.05mol氨氣，所以放出的熱量是0.05mol×92.4kJ/mol÷2＝2.31kJ。
（6）①根據表中數據可知，隨著溫度的升高，氨氣的物質的量逐漸增加，說明升高溫度，平衡向正反應方向移動，因此正反應是吸熱反應；根據方程式可知，氣體的分子數增加，所以熵值是增加的。
②根據蓋斯定律可知，該反應的熱化學方程式是2N₂（g） + 6H₂O（1） = 4NH₃（g） + 3O₂（g），所以反應熱△H＝－92 ．4kJ·mol^—1×2＋3×571．6kJ·mol^—1＝+1530 kJ·mol^-1。