Question

【題目】課本里介紹的合成氨技術(shù)叫哈伯法，是德國(guó)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者哈伯發(fā)明的。其合成原理為：N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) △H<0，△S <0。

（1）下列關(guān)于工業(yè)合成氨的說(shuō)法不正確的是_______

A．因?yàn)?/span>△H<0，所以該反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行

B．因?yàn)?/span>△S<0，所以該反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行

C．在高溫下進(jìn)行是為了提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率

D．使用催化劑加快反應(yīng)速率是因?yàn)榇呋瘎┙档土朔磻?yīng)的△H

（2）在恒溫恒容密閉容器中進(jìn)行合成氨的反應(yīng)，下列能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是_______

a 容器內(nèi)N2、H2、NH3的濃度之比為1：3：2 b v(N2)正= v(H2)逆

c 容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變 d 合氣體的密度保持不變

（3）工業(yè)上合成氨的部分工藝流程如下：

請(qǐng)用平衡移動(dòng)原理來(lái)解釋在流程中及時(shí)分離出氨氣和循環(huán)使用氣體的原因_______。

（4）某科研小組研究：在其他條件不變的情況下，改變起始物氫氣的物質(zhì)的量對(duì)工業(yè)合成氨反應(yīng)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示（圖中T表示溫度，n表示H2物質(zhì)的量）。

①圖象中T2和T1的關(guān)系是：T2 __________T1（填“>，<或=”，下同）

②a、b、c、d四點(diǎn)所處的平衡狀態(tài)中，反應(yīng)物N2 的轉(zhuǎn)化率最高的是______（填字母）。

（5）恒溫下，往一個(gè)4L的密閉容器中充入5.2mol H2和2mol N2，反應(yīng)過(guò)程中對(duì)NH3的濃度進(jìn)行檢測(cè)，得到的數(shù)據(jù)如下表所示：

時(shí)間/min	5	10	15	20	25	30
c(NH3)/mol·L-1	0.08	0.14	0.18	0.20	0.20	0.20

①此條件下該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=___________。

②若維持容器體積不變，溫度不變，往原平衡體系中加入H2、N2和NH3各4mol，化學(xué)平衡將向_______反應(yīng)方向移動(dòng)（填“正”或“逆”）。

③N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 　　△H= -92kJ/mol。在恒溫恒容的密閉容器中充入1mol N2和一定量的H2發(fā)生反應(yīng)。達(dá)到平衡后，測(cè)得反應(yīng)放出的熱量為18.4 kJ，混合氣體的物質(zhì)的量為3.6 mol，容器內(nèi)的壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的90％，則起始時(shí)充入的span>H2的物質(zhì)的量為______mol。

（6）已知：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 　　 △H= -92kJ/mol

N2(g)+O2(g)＝2NO(g) ΔH= +181kJ/mol

2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) ΔH= -484kJ/mol

寫(xiě)出氨氣催化氧化生成NO和水蒸氣的熱化學(xué)方程式_________。

Answer 1

【答案】ABCD bc 減少生成物濃度，同時(shí)增加反應(yīng)物濃度，可以使平衡正向進(jìn)行程度更大，提高產(chǎn)率 < c 0.1 逆 3 4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) ΔH =－906 kJ·mol-1

【解析】

（1）根據(jù)△G=△H-T△S來(lái)判斷。

（2）a.容器內(nèi)N2、H2、NH3 濃度比與起始濃度及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，平衡時(shí)不一定等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。

b.平衡時(shí)不同物質(zhì)表示的正逆速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，3v(N2)正= v(H2)逆時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。

c.隨反應(yīng)進(jìn)行，混合氣體物質(zhì)的量變化，容器內(nèi)壓強(qiáng)發(fā)生變化，壓強(qiáng)保持不變說(shuō)明到達(dá)平衡。

d.混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積不變，混合氣體密度始終保持不變。

（3）在流程中及時(shí)分離出氨氣和循環(huán)使用氣體的原因是減少生成物濃度，同時(shí)增加反應(yīng)物濃度，可以使平衡正向進(jìn)行程度更大，提高產(chǎn)率。

（4）①由圖可知，n(H2)相同時(shí), T2對(duì)應(yīng)氨氣含高，反應(yīng)為放熱反應(yīng),降低溫度有利于生成氨氣,則T2<T1。

②a、b、c、d四點(diǎn)，n(H2)越大，平衡正向移動(dòng)的程度越大，N2的轉(zhuǎn)化率越大，c點(diǎn)時(shí)氫氣的物質(zhì)的量最大，c點(diǎn)N2的轉(zhuǎn)化率最高。

（5）①根據(jù)三段式求解。

②根據(jù)QC和K的相對(duì)大小進(jìn)行判斷。

③恒溫恒容條件下，氣體的壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，反應(yīng)達(dá)到平衡后，混合氣體的物質(zhì)的量為3.6mol,容器內(nèi)的壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的90%，則反應(yīng)前混合氣體的物質(zhì)的量為4mol，為氫氣和氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量之和，氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為1mol，則氫氣的物質(zhì)的量為3mol。

（6）根據(jù)蓋斯定律求得。

（1）A.根據(jù)△G=△H-T△S來(lái)計(jì)算，把△H<0，△S <0代入表達(dá)式，該反應(yīng)可能自發(fā)進(jìn)行，故A錯(cuò)誤；

B.根據(jù)△G=△H-T△S來(lái)計(jì)算，把△H<0，△S <0代入表達(dá)式，該反應(yīng)可能自發(fā)進(jìn)行，故B錯(cuò)誤；

C.N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) △H<0，升溫平衡逆向移動(dòng)，故不能提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，故C錯(cuò)誤；

D.使用催化劑加快反應(yīng)速率是因?yàn)榇呋瘎┙档土朔磻?yīng)的活化能，故D錯(cuò)誤；

故選ABCD。

（2）a.容器內(nèi)N2、H2、NH3 濃度比與起始濃度及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，平衡時(shí)不一定等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故a錯(cuò)誤；

b.平衡時(shí)不同物質(zhì)表示的正逆速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，3v(N2)正= v(H2)逆時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；

c.隨反應(yīng)進(jìn)行，混合氣體物質(zhì)的量變化，容器內(nèi)壓強(qiáng)發(fā)生變化，壓強(qiáng)保持不變說(shuō)明到達(dá)平衡，故c正確；

d.混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積不變，混合氣體密度始終保持不變，故d錯(cuò)誤；

故選bc。

（3）在流程中及時(shí)分離出氨氣和循環(huán)使用氣體的原因是減少生成物濃度，同時(shí)增加反應(yīng)物濃度，可以使平衡正向進(jìn)行程度更大，提高產(chǎn)率，故答案為：減少生成物濃度，同時(shí)增加反應(yīng)物濃度，可以使平衡正向進(jìn)行程度更大，提高產(chǎn)率。

（4）①由圖可知，n(H2)相同時(shí), T2對(duì)應(yīng)氨氣含高，反應(yīng)為放熱反應(yīng),降低溫度有利于生成氨氣,則T2<T1，故答案為：<；

②a、b、c、d四點(diǎn)，n(H2)越大，平衡正向移動(dòng)的程度越大，N2的轉(zhuǎn)化率越大，c點(diǎn)時(shí)氫氣的物質(zhì)的量最大，c點(diǎn)N2的轉(zhuǎn)化率最高，此時(shí)氫氣起始量最大達(dá)到平衡狀態(tài)下H2的百分含量最高，故答案為：c。

（5）①由表中數(shù)據(jù)可知，20min達(dá)到平衡，平衡時(shí)NH3的濃度為0.2mol/L，則：

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

開(kāi)始（mol/L）0.5 1.3 0

變化（mol/L）0.1 0.3 0.2

平衡（mol/L）0.4 1 0.2

故化學(xué)平衡常數(shù)K=c2(NH3)/c(N2)c3(H2)=0.22/0.4×13=0.1，故答案為：0.1。

②反應(yīng)達(dá)到平衡后，若維持容器體積不變，溫度不變，往平衡體系中加入H2、N2和NH3各4mol，則此時(shí)各物質(zhì)的濃度為：H2為1mol/L+4mol÷4L=2mol/L，N2為0.4mol/L+4mol÷4L=1.4 mol/L，NH3為0.2mol/L+4mol÷4L=1.2mol/L，故濃度商QC=1.22/1.4×23＞0.1，故反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，故答案為：逆。

③恒溫恒容條件下，氣體的壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，反應(yīng)達(dá)到平衡后，混合氣體的物質(zhì)的量為3.6mol,容器內(nèi)的壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉?lái)的90%，則反應(yīng)前混合氣體的物質(zhì)的量為4mol，為氫氣和氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量之和，氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為1mol，則氫氣的物質(zhì)的量為3mol，故答案為：3。

（6）N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H= -92kJ/mol ①

N2(g)+O2(g)＝2NO(g) ΔH= +181kJ/mol ②

2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) ΔH= -484kJ/mol ③

氨的催化氧化的化學(xué)方程式為：4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)，該反應(yīng)可通過(guò)③×3+②×2-①×2獲得，根據(jù)蓋斯定律可得△H=-906 kJ/mol；故氨氣催化氧化生成NO和水蒸氣的熱化學(xué)方程式為：4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) ΔH =-906 kJ·mol-1，故答案為：4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) ΔH =-906 kJ·mol-1。