Question

【題目】氮及其化合物在生活及工業生產中有著重要應用。請回答以下問題：

（1）下圖是N2(g)、H2(g)與NH3(g)之間轉化的能量關系圖，則：

①N2(g)與H2(g)反應生成NH3(g)的熱化學方程式為__________________________。

②過程（I）和過程（Ⅱ）的反應熱__________(填“相同”或“不同”），原因是_______________。

③一定溫度下，在容積為1L的密閉容器中充入1 mol N2(g)、3molH2(g)，達到平衡時，混合氣體的總量為2.8 mol，則該條件下反應 N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常數為__________，H2的平衡轉化率為__________________________。

（2）用NH3可以消除氮氧化物的污染，已知：

反應I：4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) △H1= a kJ/mol

反應Ⅱ：N2(g)+O2(g)2NO(g) △H2= b kJ/mol

反應Ⅲ：4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) △H3= c kJ/mol

則：反應Ⅱ中的b=______ kJ/mol(用含a、c的代數式表示），反應Ⅲ中的△S________0（填“>”“<”或“=”）。

（3）在恒容的密閉容器中，充入一定量的NH3和NO進行上述反應Ⅲ，測得不同溫度下反應體系中NH3的轉化率（α）與壓強p的關系如圖：

①分析得P1_________P2 （填“>”“<”或“=”）。

②下列敘述中，不能判斷反應Ⅲ己經達到平衡狀態的標志是__________（填序號）。

a. N2的濃度不再改變 b.斷裂6molN-H鍵的同時，有6molH-O鍵形成

C.容器中壓強不再變化 d.混合氣體的密度保持不變

Answer 1

【答案】 N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H= -92 kJ/mol 相同 反應熱只與反應體系的始態和終態有關，而與反應的途徑無關 (L·mol)2 60% > < bd

【解析】(1)①由能量轉化關系圖可知N2(g)與H2(g)反應生成NH3(g)的熱化學方程式為N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H= -92 kJ/mol；

②有蓋斯定律可知，反應熱只與反應體系的始態和終態有關，而與反應的途徑無關，則過程(I)和過程(Ⅱ)的反應熱相同；

③ N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始濃度(mol/L) 1 3 0

起始濃度(mol/L) c 3c 2c

起始濃度(mol/L) 1-c 3-3c 2c

達到平衡時，混合氣體的總量為2.8mol，(1-c+3-3c+2c)mol/L×1L=2.8mol，解得：c=0.6mol/L，此溫度下平衡常數K== (L·mol)2；H2的平衡轉化率為×100%=60%；

(2)已知：反應I：4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) △H1= a kJ/mol，反應Ⅲ：4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) △H3= c kJ/mol，則蓋斯定律可知，(I-Ⅲ)×得N2(g)+O2(g)2NO(g)，則△H2=b kJ/mol=kJ/mol；反應Ⅲ4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) 是氣體體積增大的反應，反應的熵變△S＞0；

(3)①在恒溫下，增大壓強平衡逆向移動，反應物的轉化率降低，則由圖示可知P1＞P2；

②a. N2的濃度不再改變，說明反應處于平衡狀態，故a正確；b.斷裂6molN-H鍵的同時，有6molH-O鍵形成，均為正反應速率，無法判斷是否是平衡狀態，故b錯誤；C.反應過程中氣體總物質的量始終變化，當容器中壓強不再變化時，說明氣體總物質的量一定，此時是平衡狀態，故c正確；d.混合氣體的質量和體積始終不變，則混合氣體的密度保持不變，無法判斷是平衡狀態，故d錯誤；答案為bd。