Question

【題目】在氮及其化合物的化工生產中，對有關反應的反應原理進行研究有著重要意義。

（1）t℃時，關于N2、NH3的兩個反應的信息如下表所示：

請寫出t℃時氨氣被一氧化氮氧化生成無毒氣體的熱化學方程式：______________________，t℃時該反應的平衡常數為__________ (用K1和K2表示)。

（2）工業(yè)合成氨的原理為：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)下圖甲表示在一定體積的密閉容器中反應時，H2的物質的量濃度隨時間的變化。圖乙表示在其他條件不變的情況下，起始投料H2與N2的物質的量之比(設為x)與平衡時NH3的物質的量分數的關系。

①圖甲中0～t1 min內，v(N2)＝_____mol·L－1·min－1；b點的v(H2)正_____a點的v(H2)逆(填“大于”“小于”或“等于”)。

②圖乙中，b點時N2的物質的量分數__________。

③己知某溫度下該反應達平衡時各物質均為1 mol，容器體積為1L，保持溫度和壓強不變，又充入3 mol N2后，平衡________(填“向右移動”“向左移動”或“不移動”)。

Answer 1

【答案】4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g) △H=[(e-d)-5(A-b)] kJmol-1 molL-1min-1 大于 20% 不移動

【解析】

(1)根據表格數據，反應的△H=正反應的活化能-逆反應的活化能計算出反應①和②的△H，再根據蓋斯定律分析解答；

(2)①根據圖像，0～t1 min內，△c(H2)=(0.6-0.3)molL-1=0.3molL-1，則△c (N2)=0.1molL-1，據此計算v(N2)；當H2與N2的起始體積比符合方程式中化學計量數之比時，達到平衡時氨的體積分數最大，即圖乙中，b點時x=3∶1，則a點x小于3∶1，據此分析判斷；

②當H2與N2的起始體積比符合方程式中化學計量數之比時，達到平衡時氨的體積分數最大，即圖乙中，b點時x=3∶1，平衡時氨氣的物質的量分數為20%，根據三段式分析計算；

③己知某溫度下該反應達平衡時各物質均為1 mol，容器體積為1L，計算出此時的平衡常數K，保持溫度和壓強不變，又充入3 mol N2后，容器的體積變成2L，計算出Qc，再與K比較判斷。

(1)根據表格數據，反應的△H=正反應的活化能-逆反應的活化能，①N2(g)+O2(g)=2NO(g) △H=(A-b) kJmol-1，②4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) △H=(e-d) kJmol-1，根據蓋斯定律，將②-①×5得到氨氣被一氧化氮氧化生成無毒氣體的熱化學方程式：4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g) △H=[(e-d)-(A-b)×5]kJmol-1=[(e-d)-5(A-b)]kJmol-1，t℃時該反應的平衡常數K=，故答案為：4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g)△H=[(e-d)-5(A-b)] kJmol-1；；

(2)①0～t1 min內，△c(H2)=(0.6-0.3)molL-1=0.3molL-1，則△c (N2)=0.1molL-1，則v(N2)===molL-1min-1；當H2與N2的起始體積比符合方程式中化學計量數之比時，達到平衡時氨的體積分數最大，即圖乙中，b點時x=3∶1，則a點x小于3∶1，其他條件不變，則平衡時氫氣的濃度小于b，則b點的v(H2)正＞a點的v(H2)逆，故答案為：molL-1min-1；大于；

②當H2與N2的起始體積比符合方程式中化學計量數之比時，達到平衡時氨的體積分數最大，即圖乙中，b點時x=3∶1，平衡時氨氣的物質的量分數為20%，設起始時H2與N2的物質的量分別為3mol和1mol，生成的氨氣為2xmol

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

起始(mol) 1 3 0

反應(mol) x 3x 2x

平衡(mol)1-x 3-3x 2x

則×100%=20%，解得x=，b點時N2的物質的量分數==20%，故答案為：20%；

③己知某溫度下該反應達平衡時各物質均為1 mol，容器體積為1L，此時，平衡常數K==1，保持溫度和壓強不變，又充入3 mol N2后，容器的體積變成2L，Qc==1=K，為平衡狀態(tài)，平衡不移動，故答案為：不移動。