Question

【題目】氨的合成原理為:N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）H=－92.4kJ·mol-1在500℃、20MPa時，將N2、H2置于一個容積為2L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）10min內以NH3表示的平均反應速率為_________

（2）在10～20min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:平衡常數K1=__________（帶數據的表達式），第2次平衡時NH3的體積分數為_____________。

（4）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Fc2O3的TiO2）表面與水發生下列反應:N2（g）＋3H2O（l）2NH3+1.5O2（g）H=akJ·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，△S_______0；（填“＞”、“＜”或一”）

②已知N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）H=－92.4kJ·mol-1，2 H2（g）＋ O2（g）=2H2O（l）H=-571.kJ·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

【答案】0.005mol·L-1.min-1 A 45.5％或0.455 ＞ ＞ 2N2(g)＋6H2O(l)＝4NH3(g) +3O2(g) AH＝＋1530 kJ·mol-1

【解析】

（1）根據v=△n÷V÷△t計算；

（2）根據圖象知，平衡向正反應方向移動，10min時是連續的，三種氣體物質的速率增加倍數相同，說明為使用催化劑；

（3）達到平衡狀態時，物質的量不變，以此判斷達到平衡的時間段，化學平衡常數等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比；第2次平衡時NH3的體積分數等于氨氣的含量/平衡時氣體的總物質的量；

（4）①由表中數據可知，升高溫度，NH3生成量增大，說明平衡向正反應方向移動，結合反應方程式中各物質的聚集狀態解答；

②已知：①N2（g）+3H2（g）2NH3（g）△H=-92.4kJ·mol－1②2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=-571.6kJ·mol－1，則利用蓋斯定律，將①×2-②×3可得常溫下氮氣與水反應生成氨氣與氧氣的熱化學方程式．

（1）反應速率v（NH3）=(0.1mol-0)÷2L÷10min=0.005mol/（L．min）；

（2）由圖象可知各組分物質的量變化增加，且10min時變化是連續的，20min達平衡時，△n（N2）=0.025mol×4=0.1mol，△n（H2）=0.025mol×12=0.3mol，△n（NH3）=0.025mol×8=0.2mol，物質的量變化之比等于化學計量數之比，三種氣體物質的速率增加倍數相同，說明10min可能改變的條件是使用催化劑，縮小體積相當于增大壓強，應該反應物的速率增加倍數大，降低溫度，應該反應速率減小，增加NH3物質的量，逆反應速率增加的倍數大，故只有使用催化劑符合，

故選A；

（3）由圖象可以看出，當反應進行到時20-25min，各物質的量不變，說明反應達到平衡狀態，化學平衡常數等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比，由圖象可知，20min達平衡時，n（N2）=0.025mol×10=0.25mol，n（H2）=0.025mol×6=0.15mol，n（NH3）=0.025mol×12=0.3mol，所以所以其平衡常數K=c2(NH3)/c(N2)c3(H2)= =；

第2次平衡時NH3的體積分數=2.5mol÷（2.5mol+2.25mol+0.75mol）×100%=45.5%；

（4）①由表中數據可知，升高溫度，NH3生成量增大，說明平衡向正反應方向移動，則正反應應為吸熱反應，a＞0，由方程式可知反應生成氣體的物質的量增多，則△S＞0；

②已知：①N2（g）+3H2（g）2NH3（g）△H=-92.4kJ·mol－1②2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=-571.6kJ·mol－1

則利用蓋斯定律，將①×2-②×3可得常溫下氮氣與水反應生成氨氣與氧氣的熱化學方程式為2N2（g）+6H2O（l）=4NH3（g）+3O2（g）△H=2×（-92.4kJ·mol－1）-3×（-571.6kJ·mol－1）=+1530kJ·mol－1。