Question

科學(xué)家一直致力研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法．曾實驗報道：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)生反應(yīng)，生成的主要產(chǎn)物為NH₃．相應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：
N₂（g）+3H₂O（1）?2NH₃（g）+

3

2

O₂（g）△H+765.2kJ．mol^-1
回答下列問題：
Ⅰ．請在答題紙里如右圖所示的坐標(biāo)中，畫出上述在有催化劑和無催化劑兩種情況下反應(yīng)過程中體系能量變化示意圖，并進行標(biāo)注（標(biāo)注出“反應(yīng)物”、“生成物”、“有催化劑”、“無催化劑”、“△H”）．
Ⅱ．目前工業(yè)合成氨的原理是：
N₂（g）+3H₂（g）

20-50MPa

500℃、鐵觸媒

2NH₃（g）△H=-192.0kJ?mol^-1
（1）某條件下，在容積為2.0L的密閉容器中充入0.6mol N₂（g）和1.60mol H₂（g），經(jīng)過2min反應(yīng)達(dá)到平衡，此時NH₃的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)（NH₃的物質(zhì)的量與反應(yīng)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的物質(zhì)的量之和的比）為

4

7

．
①該條件下反應(yīng)合成氨的反應(yīng)達(dá)到平衡時，平衡常數(shù)K的表達(dá)式

 

．
②反應(yīng)在2min內(nèi)N₂的平均反應(yīng)應(yīng)速率為

 

．
③該條件下H₂的平衡轉(zhuǎn)化率為

 

．
④670K、30MPa下n（NH₃）和n（H₂）隨時間變化的關(guān)系圖，下列敘述正確的是

 

．
A．a(chǎn)點的正反應(yīng)速率比b點的大
B．c點處反應(yīng)達(dá)到平衡
C．d點（t₁時刻）和e點（t₂時刻）處n（N₂）不一樣
D．其它條件不變，773K下反應(yīng)至t₁時刻，n（H₂）比圖中d點的值大
（2）將反應(yīng)得到氨氣液化為液氨，已知液氨中存在著下列平衡：2NH₃?NH₄⁺+NH₂^-．科學(xué)家在液氨中加入氫氧化銫（CsOH）和特殊的吸水劑，使液氨中的NH₄⁺生成N₄分子，請寫出液氨與氫氧化銫反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的計算,物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線

專題：化學(xué)平衡專題

分析：I催化劑通過改變反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率，不影響化學(xué)平衡移動的方向；
Ⅱ（1）①平衡常數(shù)為產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值；
②根據(jù)NH₃的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為

4

7

，計算N₂濃度的變化量，得到答案；
③根據(jù)計算出的H₂變化量，計算出轉(zhuǎn)化率；
④根據(jù)圖象中圖象的變化來判斷個選項；
（2）根據(jù)液氨的電離產(chǎn)物和題目給出的反應(yīng)物來推斷反應(yīng)方程式．

解答： 解：I加入催化劑可以降低反應(yīng)的活化能，從而能夠降低反應(yīng)的能量，同時又能加快反應(yīng)速率，達(dá)到化學(xué)平衡的所需時間減小，但是不影響反應(yīng)中的熱效應(yīng)，故答案為：
；
Ⅱ．（1）①平衡常數(shù)為產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值，故答案為：K=

c(NH3)2

c(N2)．c(H2)3

；
②c（N₂）=0.3mol/L，c（H₂）=0.8mol/L，設(shè)N₂轉(zhuǎn)化的濃度為xmol/L，列出三段式：
                   N₂（g）+3H₂（g）

高溫高壓

鐵觸媒

    2NH₃（g）
起始濃度（mol/L）   0.3     0.8                 0
轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）    x       3x                 2x
平衡濃度（mol/L）   0.3-x  0.8-3x               2x
NH₃的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為

2x

0.3-x+0.8-3x+2x

=

4

7

，x=0.2mol/L，v（N₂）=

0.2mol/L

2min

=0.1 mol．L^-1．min^-1，故答案為：0.1 mol．L^-1．min^-1；
③H₂轉(zhuǎn)化濃度為0.6mol/L，H₂轉(zhuǎn)化率為

0.6mol/L

0.8mol/L

×100%=75%，故答案為：75%；
④A．a(chǎn)、b、c三點均向正反應(yīng)方向移動，故正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，A正確；
B．當(dāng)兩種物質(zhì)的物質(zhì)的量不變時，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，所以，c點未達(dá)平衡狀態(tài)，B錯誤；
C．d、e均達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，故各物質(zhì)的物質(zhì)的量不再發(fā)生變化，C錯誤；
D．△H＜0，反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，故773K時，n（H₂）大于圖中d點，D正確；
故答案為：AD；
（2）因為Cs⁺是陽離子，必須要找陰離子配對，陰離子題目提示了，2NH₃?NH₄⁺+NH₂^-，所以為：C_SNH₂．產(chǎn)物還有N₄、H₂O（因為用到了吸水劑），看元素組成，右邊H比較少，一般就是想到H₂，反應(yīng)為8NH₃+4CsOH=N₄+4CsNH₂+6H₂↑+4H₂O，故答案為：8NH₃+4CsOH=N₄+4CsNH₂+6H₂↑+4H₂O．

點評：本題考查學(xué)生化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率的有關(guān)知識，綜合性較強，難度較大．