Question

9．氨是重要的氮肥，合成原理為：N₂（g）+3H₂（g）$?_{高溫高壓}^{催化劑}$2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．回答下列問(wèn)題：在500℃、20MPa時(shí)，將N₂、H₂置于一個(gè)容積為2L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中各種物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖1所示，回答下列問(wèn)題：

（1）10min內(nèi) 以NH₃表示的平均反應(yīng)速率為0.005mol/（L．min）
（2）在10～20min內(nèi)，NH₃濃度變化的原因可能是A
A．使用了催化劑        B．縮小容器體積        C．降低溫度        D．增加NH₃物質(zhì)的量
（3）第2次平衡時(shí)NH₃的體積分?jǐn)?shù)45.5%；
（4）在反應(yīng)進(jìn)行至25min時(shí)，曲線發(fā)生變化的原因：分離出0.1molNH₃達(dá)第二次平衡時(shí)，新平衡的平衡常數(shù)K₂等于K₁（填“大于”、“小于”或“等于”）．
（5）一定條件下NH₃的平衡體積分?jǐn)?shù)隨n（N₂）變化如圖2所示 （T-溫度）．則T₂＜T₁ （填＞、=、＜），判斷的依據(jù)是：合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，NH₃的體積分?jǐn)?shù)下降，所以T₁＞T₂．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計(jì)算；
（2）根據(jù)圖象知，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，10min時(shí)是連續(xù)的，三種氣體物質(zhì)的速率增加倍數(shù)相同，說(shuō)明為使用催化劑；
（3）第2次平衡時(shí)NH₃的體積分?jǐn)?shù)等于氨氣的含量；
（4）25分鐘，NH₃的物質(zhì)的量突然減少，而H₂、N₂的物質(zhì)的量不變，說(shuō)明應(yīng)是分離出NH₃，平衡常數(shù)僅與溫度有關(guān)；
（5）對(duì)于放熱反應(yīng)，升高溫度，化學(xué)平衡向著吸熱方向即逆反應(yīng)方向進(jìn)行．

解答 解：（1）反應(yīng)速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{（0.1-0）mol}{2L}}{10min}$=0.005mol/（L．min），
故答案為：0.005mol/（L．min）；
（2）由圖可知，0-10分鐘內(nèi)△n（N₂）=0.025mol×2=0.05mol；10-20分鐘內(nèi)△n′（N₂）=0.025mol×4=0.1mol，速率之比等于物質(zhì)的量之比，所以，0-10分鐘與10到20分鐘兩個(gè)時(shí)間段中，N₂的反應(yīng)速率之比為0.05mol：0.1mol=1：2；
由圖象可知各組分物質(zhì)的量變化增快，且10min時(shí)變化是連續(xù)的，20min達(dá)平衡時(shí)，△n′（N₂）=0.025mol×4=0.1mol，
△n（H₂）=0.025mol×12=0.3mol，△n（NH₃）=0.025mol×8=0.2mol，物質(zhì)的量變化之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，三種氣體物質(zhì)的速率增加倍數(shù)相同，說(shuō)明10min可能改變的條件是使用催化劑，
故選A；
（3）第2次平衡時(shí)NH₃的體積分?jǐn)?shù)=$\frac{2.5mol}{2.5mol+2.25mol+0.75mol}$=45.5%，
故答案為：45.5%；
（4）第25分鐘，NH₃的物質(zhì)的量突然減少，而H₂、N₂的物質(zhì)的量不變，說(shuō)明應(yīng)是分離出NH₃，因?yàn)槠胶獬��?shù)僅與溫度有關(guān)，所以K₂等于K₁；
故答案為：分離出0.1molNH₃；等于；
（5）合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，隨著反應(yīng)進(jìn)行，體系溫度逐漸升高，所以化學(xué)平衡會(huì)逆向移動(dòng)，導(dǎo)致NH₃的體積分?jǐn)?shù)下降，即溫度越高，NH₃的體積分?jǐn)?shù)越小，所以T₂＜T₁，
故答案為：＜；合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，NH₃的體積分?jǐn)?shù)下降，所以T₁＞T₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算、平衡移動(dòng)以及平衡狀態(tài)的判斷，題目難度中等，注意對(duì)圖象的分析．