Question

15．氨的合成原理為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.4KJ•mol^-1．現(xiàn)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)過程中各物質(zhì)的物質(zhì)的量變化如圖．
回答下列問題：
（1）10min內(nèi)以NH₃表示的平均反應(yīng)速率0.005mol/（L．min）；
（2）在10～20min內(nèi)：NH₃濃度變化的原因可能是A；
A．加了催化劑   B．縮小容器體積
C．降低溫度     D．增加NH₃物質(zhì)的量
（3）第1次平衡的時(shí)間范圍為：20-25min，第1次平衡：平衡常數(shù)K₁=$\frac{（\frac{0.3mol}{2L}）^{2}}{（\frac{0.25mol}{2L}）（{\frac{0.15mol}{2L}）}^{3}}$（帶數(shù)據(jù)的表達(dá)式），
（4）在反應(yīng)進(jìn)行至25min時(shí)：
①曲線發(fā)生變化的原因：分離出0.1molNH₃
②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”、“等于”、“小于”）；
（5）根據(jù)最新“人工固氮”的研究報(bào)道，在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑（摻有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面與水發(fā)生下列反應(yīng)：
N₂（g）+3H₂O（1）?2NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）；△H=a kJ•mol^-1
進(jìn)一步研究NH₃生成量與溫度的關(guān)系，常壓下達(dá)到平衡時(shí)測得部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(yīng)的a＞0；△S＞0，（填“＞”、“＜”或“=”）
②已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）=-571.6kJ•mol^-1
則常溫下氮?dú)馀c水反應(yīng)生成氨氣與氧氣的熱化學(xué)方程式為：2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1536kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)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，說明為使用催化劑；
（3）達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，物質(zhì)的量不變，以此判斷達(dá)到平衡的時(shí)間段，化學(xué)平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比；
（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，說明應(yīng)是分離出NH₃；平衡常數(shù)只受溫度的影響，據(jù)此判斷；
（5）①由表中數(shù)據(jù)可知，升高溫度，NH₃生成量增大，說明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，結(jié)合反應(yīng)方程式中各物質(zhì)的聚集狀態(tài)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?dú)馀c水反應(yīng)生成氨氣與氧氣的熱化學(xué)方程式．

解答 解：（1）根據(jù)反應(yīng)速率v（NH₃）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{（0.1-0）mol}{2L}}{10min}$=0.005mol/（L．min），
故答案為：0.005mol/（L．min）；
（2）由圖象可知各組分物質(zhì)的量變化增加，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，說明10min可能改變的條件是使用催化劑，縮小體積相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，應(yīng)該反應(yīng)物的速率增加倍數(shù)大，降低溫度，應(yīng)該反應(yīng)速率減小，增加NH₃物質(zhì)的量，逆反應(yīng)速率增加的倍數(shù)大，故只有使用催化劑符合，
故選A；
（3）由圖象可以看出，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到時(shí)20-25min，各物質(zhì)的量不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，化學(xué)平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，由圖象可知，20min達(dá)平衡時(shí)，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(shù)K=$\frac{C{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{C（N{\;}_{2}）C{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{（\frac{0.3mol}{2L}）^{2}}{（\frac{0.25mol}{2L}）（{\frac{0.15mol}{2L}）}^{3}}$，
故答案為：20-25min，$\frac{（\frac{0.3mol}{2L}）^{2}}{（\frac{0.25mol}{2L}）（{\frac{0.15mol}{2L}）}^{3}}$；
（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，說明應(yīng)是分離出NH₃；由圖象可以看出，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到時(shí)35-40min，各物質(zhì)的量不變，說明反應(yīng)達(dá)到第二次平衡狀態(tài)，平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以抽去0.1mol氨，此時(shí)平衡常數(shù)K將不變；
故答案為：①分離出0.1molNH₃；②等于；
（5）①由表中數(shù)據(jù)可知，升高溫度，NH₃生成量增大，說明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)應(yīng)為吸熱反應(yīng)，a＞0，由方程式可知反應(yīng)生成氣體的物質(zhì)的量增多，則△S＞0，
故答案為：＞；＞；
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?dú)馀c水反應(yīng)生成氨氣與氧氣的熱化學(xué)方程式為2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）
△H=2×（-92.4kJ•mol^-1）-3×（-571.6kJ•mol^-1）=+1536kJ•mol^-1，
故答案為：2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1536kJ•mol^-1．

點(diǎn)評 本題考查熱化學(xué)方程式的書寫、反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)平衡的計(jì)算、平衡移動(dòng)以及平衡狀態(tài)的判斷，注意對圖象的分析，是高考中的常見題型，試題基礎(chǔ)性強(qiáng)，題目難度中等．