Question

可逆反應N₂+3H₂?2NH₃是工業上合成氨的重要反應．
（1）根據圖1請寫出合成氨的熱化學方程式

N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（E₃-E₁）kg/mol

（熱量用E₁、E₂或E₃表示）
（2）圖1中虛線部分是通過改變化學反應條件是

使用催化劑

，請解釋原因

因為催化劑能改變反應的路徑，使發生反應所需的活化能降低

．
（3）當反應達到平衡位置時不斷改變條件（不改變N₂、H₂和NH₃的量），圖2表示反應速率隨時間的關系，其中表示平衡混合物中NH₃的含量最高的時間段是

t₀-t₁

（用含t符號表示）
（4）在一定溫度壓強下，下列各項能作為判斷該反應達到化學平衡狀態的依據是

ade

（填字母）．
a．單位時間內生成2n molNH₃的同時生成n molN₂      b．容器內壓強不再改變
c．容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2            d．混合氣體的密度不再改變
e．混合氣體的平均相對分子質量不再改變             f．2v_正（H₂）=3v_正（NH₃）
（5）在一定溫度下，若將4a mol H₂和2amol N₂放入2L的密閉容器中，充分反應后測得N₂的轉化率為50%，則該反應的平衡常數為

16

a2

．若此時再向該容器中投入a mol H₂、amol N₂和amol NH₃，則此時化學平衡

正向

移動（填“正向”、“逆向”或“不”）

Answer 1

分析：（1）由圖1可知反應物的總能量大于生成物的總能量，則該反應為放熱反應，生成1mol氨氣時放出的熱量為（E₃-E₁）kg，然后利用化學計量數與反應熱的關系并標明物質的狀態來書寫熱化學反應方程式；
（2）根據圖1中虛線部分降低了反應所需的活化能，結合反應熱不變來分析；
（3）可逆反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，該反應為體積減小的放熱反應，改變反應條件平衡移動，根據各時刻的速率變化判斷平衡移動移動方向，據此判斷NH₃的含量變化；
（4）當反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發生變化，據此解答，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態；
（5）利用三段法計算出平衡時各物質的濃度，再計算K，然后計算Qc，利用Qc與K的關系來分析平衡的移動．

解答：解：（1）由圖可知該反應為放熱反應，且生成1mol生成物放出的熱量為（E₃-E₁）kg，則生成2mol生成物放熱為2（E₃-E₁）kg，即該反應的熱化學方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（E₃-E₁）kg/mol，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（E₃-E₁）kg/mol； 
（2）圖1中虛線部分改變了反應的途徑，從而降低了反應所需的活化能，但反應熱不變，則改變的條件應為使用催化劑，
故答案為：使用催化劑；因為催化劑能改變反應的路徑，使發生反應所需的活化能降低；
（3）由圖2可知，t₁-t₂時應為升高溫度使逆反應速率增大，化學平衡逆向移動，NH₃的含量減少；t₂-t₃時為平衡狀態，含量不變；t₃-t₄時應為催化劑對化學反應的影響，反應速率增大，但化學平衡不移動；t₄-t₅時應為減小壓強對反應的影響，減小壓強化學平衡逆向移動，NH₃的含量減少，即t₀-t₁時NH₃的含量最大，
故答案為：t₀-t₁；
（4）a．單位時間內生成2n molNH₃的同時生成n molN₂，由方程式可知，同時消耗2n molNH₃，反應到達平衡，故a正確；
 b．反應條件為恒溫恒壓，壓強始終不變，故容器內壓強不再改變，不能說明到達平衡，故b錯誤；
c．容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比與氮氣、氫氣的起始濃度及轉化率有關，平衡時三者的濃度之比不一定為1：3：2，故c錯誤；
d．恒溫恒壓下，混合氣體的密度不再改變，說明體積不變，即混合氣體總的物質的量不再變化，反應到達平衡，故d正確；
e．混合氣體的平均相對分子質量不再改變，混合氣體總的質量不變，故混合氣體總的物質的量不變化，說明反應到達平衡，故e正確；
f．2v_正（H₂）=3v_正（NH₃），速率之比等于化學計量數之比，都表示正反應速率，反應速率始終都符合此比例關系，不能說明到達平衡，故f錯誤；
故答案為：ade；
（5）由4amolH₂和2amolN₂放入2L的密閉容器中，充分反應后測得N₂的轉化率為50%，則
     N₂ +3H₂ ?2NH₃
開始：a     2a        0
轉化：0.5a  1.5a      a 
平衡：0.5a  0.5a      a
K=

a2

0.5a×(0.5a)3

=

16

a2

，
若此時再向該容器中投入amolH₂、amolN₂和2amolNH₃，
則Q=

(2a)2

a×a3

=

4

a2

＜K，則化學平衡正向移動，
故答案為：

16

a2

；正向．

點評：本題考查熱化學方程式書寫、化學反應速率及化學平衡圖象、化學平衡狀態判斷、化學平衡常數的計算與應用，掌握影響反應速率及化學平衡的影響因素即可解答，掌握利用Qc與K的關系來判斷反應進行的方向，（4）中bd選項為易錯點，學生容易按恒容進行分析．