Question

【題目】氨氣在工業上有廣泛用途。請回答以下問題：

（1）工業上利用N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H<0合成氨，某小組為了探究外界條件對該反應的影響，以c0 mol/L H2參加合成氨反應，在a、b兩種條件下分別達到平衡，如圖A。

①相對a而言，b可能改變的條件是 ，判斷的理由是__________________。

②a條件下，0～t0的平均反應速率v(N2)= mol·L-1·min-1。

（2）有人利用NH3和NO2構成電池的方法，既能實現有效消除氮氧化物的排放減少環境污染，又能充分利用化學能進行粗鋁的精煉，如圖B所示，e極為精鋁。

a極通入 氣體(填化學式)，判斷的理由是___________________________________

（3）某小組往一恒溫恒壓容器充入9mol N2和23mol H2模擬合成氨反應，圖C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T2、60MPa下達到平衡。

圖C

①能判斷N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)達到平衡的是______(填序號)。

a．容器內壓強不再發生變化 b．混合氣體的密度不再發生變化

c．v正(N2)=3v逆(H2) d．混合氣體的平均相對分子質量不再發生變化

②若T1、T2、T3溫度下的平衡常數分別為K1、K2、K3，則K1、K2、K3由大到小的排序為 ．

③此時N2的平衡分壓為 MPa。（分壓＝總壓×物質的量分數）

計算出此時的平衡常數Kp= 。（用平衡分壓代替平衡濃度計算，結果保留2位有效數字并帶上單位）

Answer 1

【答案】（1）①增大c(N2) ，a、b起始濃度相同，b到達平衡的時間縮短且氫氣的轉化率增大。②（c0-c1）/300t0

（2）NO2， e為精鋁，發生還原反應，所以d極發生氧化反應，則a極為正極

（3）① bd ②K1>K2>K3 ③90.043（Mpa）-2。

【解析】

試題分析：（1）①根據圖A知a、b兩種條件下氫氣起始濃度相同，b條件下到達平衡的時間縮短且氫氣的轉化率增大，相對a而言，b可能改變的條件是增大c(N2)。②a條件下，0～t0時氫氣的濃度變化為（c0-c1）×10-2 mol/L，則氮氣的濃度變化為（c0-c1）/300mol/L，平均反應速率v(N2)= （c0-c1）/300t0mol·L-1·min-1。

（2）根據題意知該電池的電池反應為8NH3+6NO2==7N2+12H2O，粗鋁的精煉，e極為精鋁，則e為電解池的陰極，d為電解池的陽極，a極為電池的正極，發生還原反應，通入的氣體為NO2。

（3）① a．反應在等溫等壓條件下進行，容器內壓強不隨時間變化而變化，壓強不變不能說明反應達到平衡，錯誤；b．該反應正向為氣體物質的量減小的反應，反應在等溫等壓條件下進行，隨著反應的進行容器內氣體的物質的量逐漸減小，容器的體積逐漸減小，混合氣體的密度逐漸減小，當密度不再發生變化說明反應達到平衡狀態，正確；c．v正(N2)=3v逆(H2)，v正(N2)：v逆(H2)=3 ，不等于化學計量數之比，反應未達平衡狀態，錯誤；d．該反應正向為氣體物質的量減小的反應，隨著反應的進行，混合氣體的物質的量逐漸減小，平均相對分子質量逐漸增大，當混合氣體的平均摩爾質量不再發生變化說明反應達到平衡狀態，正確，選bd；②合成氨的反應正向為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，氨氣的體積分數減小，結合圖C知溫度：T1＜T2＜T3，則K1、K2、K3由大到小的排序為K1>K2>K3；③利用三行式分析。設轉化的氮氣的物質的量為x。

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

起始物質的量（mol）9 23 0

轉化物質的量（mol）x 3x 2x

平衡物質的量（mol）9-x 23-3x 2x

根據阿伏伽德羅定律：等溫等壓條件下，氣體的體積之比等于氣體的物質的量之比。根據圖C知體系在T2、60MPa下達到平衡時氨氣的體積分數為60%，則2x/(32-2x)=60%，解得x=6mol，平衡時N2的物質的量為3mol，氣體總物質的量為20mol，此時N2的平衡分壓為60MPa×3/20=9Mpa，同理計算H2的平衡分壓為15Mpa，NH3的平衡分壓為36Mpa，則平衡常數Kp=p2(NH3)/p(N2)p3(H2)=362÷(9×153)=0.043（Mpa）-2。