Question

（12分） 1909年化學(xué)家哈伯在實(shí)驗(yàn)室首次合成了氨。2007年化學(xué)家格哈德·埃特爾在哈伯研究所證實(shí)了氫氣與氮?dú)庠诠腆w表面合成氨的反應(yīng)過程，示意如下圖：

（1）圖⑤表示生成的NH₃離開催化劑表面，圖②和圖③的含義分別是______，______。
（2）已知：4NH₃(g) + 3O₂(g) = 2N­­₂(g) + 6H₂O(g);  ΔH=  - 1266.8 kJ/mol
N₂(g) + O₂(g) =" 2NO(g)" ; ΔH =" +" 180.5kJ/mol， 氨催化氧化的熱化學(xué)方程式為__________。
（3）500℃下，在A、B兩個(gè)容器中均發(fā)生合成氨的反應(yīng)。隔板Ⅰ固定不動(dòng)，活塞Ⅱ可自由移動(dòng)。

①當(dāng)合成氨在容器B中達(dá)平衡時(shí)，測(cè)得其中含有1.0molN₂，0.4molH₂，0.4molNH₃，此時(shí)容積為2.0L。則此條件下的平衡常數(shù)為____________；保持溫度和壓強(qiáng)不變，向此容器中通入0.36molN₂，平衡將__________（填“正向”、“逆向”或“不”）移動(dòng)。
②向A、B兩容器中均通入xmolN₂和ymolH₂，初始A、B容積相同，并保持溫度不變。若要平衡時(shí)保持N₂在A、B兩容器中的體積分?jǐn)?shù)相同，則x與y之間必須滿足的關(guān)系式為____。

Answer 1

（14分）
（1）N₂、H₂被吸附在催化劑表面，（2分）在催化劑表面N₂、H₂中化學(xué)鍵斷裂（2分）
（2）4NH₃(g)+5O₂(g)=4N­­O(g)+6H₂O(g)   ΔH=-905.8kJ/mol（3分）
（3）10（2分）    逆向（2分）      x=y （3分）

解析試題分析：（1）氮?dú)�、氫氣在催化劑表面合成氨反�?yīng)過程的順序?yàn)椋簣D①氮?dú)夥肿雍蜌錃夥肿酉虼呋瘎┍砻婵拷�，圖②氮?dú)夂蜌錃馕�附在催化劑的表面，圖③在催化劑的作用下分解成氫原子和氮原子，在催化劑表面N₂、H₂中的化學(xué)鍵斷裂。
（2）①4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266.8kJ?mol^-1；
②N₂(g) + O₂(g) = 2NO(g)   ΔH =" +" 180.5kJ/mol；
根據(jù)蓋斯定律①+2×②可得：4NH₃(g)+5O₂(g)=4N­­O(g)+6H₂O(g)△H=（-1266.8kJ?mol^-1+2×180.5kJ?mol^-1）=-905.8kJ/mol，可寫出熱化學(xué)方程式。
（3）①N₂、H₂、NH₃的平衡濃度分別為：0.5mol?L?¹、0.2mol?L?¹、o.2mol?L?¹，則平衡常數(shù)K=0.2²÷（0.5×0.2³）=10；保持溫度和壓強(qiáng)不變，向此容器中通入0.36molN₂，氣體總物質(zhì)的量為1.0mol+0.4mol+0.4mol+0.36mol=2.16mol，體積與物質(zhì)的量成正比，則體積為2L×2.16mol/1.8mol=2.4L，則Q=(0.4/2.4)²÷[1.36/2.4×(0.4/2.4)³]=10.6>K，則平衡將向逆向移動(dòng)；設(shè)轉(zhuǎn)化率為a，根據(jù)三段式可得：
N₂ + 3H₂ 2NH₃           
起始物質(zhì)的量（mol）  x    y        0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量（mol）  ax   3ax     2ax 
平衡物質(zhì)的量（mol） x-ax y-3ax    2ax
則N₂的體積分?jǐn)?shù)為x（1-a）/(x+y-2ax)，當(dāng)x=y時(shí)，上式為定值=50%，所以若要平衡時(shí)保持N₂在A、B兩容器中的體積分?jǐn)?shù)相同，則x與y之間必須滿足的關(guān)系式為x=y。
考點(diǎn)：本題考查催化劑原理、熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)平衡常數(shù)及計(jì)算。