Question

【题目】NH3是一种重要的化工原料，其合成及应用一直备受广大化学工作者的关注。N2和H2生成NH3的反应为：N2（g）+3H2(g) 2NH3(g) △H=－92kJmol-1。

（1）已知：N2(g) 2N(g) ; H2(g) 2H(g)，则断开1 mol N－H键所需要的能量是_____________kJ。

（2）有利于提高合成氨平衡产率的条件是_______________。

A．低温 B.高温 C.低压 D.高压 E.催化剂

（3）向一个恒温恒压容器充入1 mol N2和3mol H2模拟合成氨反应，下图为不同温度下平衡混合物中氨气的体积分数与总压强（p）的关系图。

若体系在T1、60MPa下达到平衡。

①此时平衡常数Kp=___________ （用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数；列出计算式即可，无需化简）。

②T1_____________T2（填“>”、“<”或“=”）。

③达到平衡后，再向容器中充入适量氨气，达到新平衡时，c(H2)将______（填“增大”“减小”或“不变”）

（4）合成氨反应在催化剂作用下的反应历程为（*表示吸附态）：

第一步 N2（g）→2N*；H2（g）→2H*（慢反应）

第二步 N*+H* NH*；NH*+H NH2*；NH2* +H* NH3*；（快反应）

第三步 NH3* NH3(g) （快反应）

比较第一步反应的活化能E1与第二步反应的活化能E2的大小：E1__________E2（填“>”、“<”或“=”），判断理由是________________________________________________。

Answer 1

【答案】391 AD < 不变 > 活化能越大，反应速率越慢

【解析】

(1)焓变利用键能求算时，△H=反应物键能和-生成物键能和，据此分析；

(2)提高合成氨平衡产率，即平衡正向移动，降低温度，平衡正向移动，当增大反应压强，平衡会向着体积减小的方向进行，催化剂对平衡没有影响；

(3)①若体系在T1、60MPa下达到平衡，相同温度下，气体的体积分数等于其物质的量分数，根据三段式，求得平衡时各物质的物质的量，从而得到答案；

②放热反应，降低温度，平衡正向移动，氨气的体积分数增大；

③恒温恒压，温度不变，平衡常数不变，据此分析解答；

(4)第一步为慢反应，说明要反应需要从外界吸收的热量多，活化分子数少，活化能大。

(1)设1mol N-H键需要的能量是xkJ，由△H=反应物键能和-生成物键能和，得-92kJ=436kJ×3+946kJ-6x，解得：x=391kJ；

(2)提高合成氨平衡产率，即平衡正向移动，N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92kJmol-1这是一个放热反应，降低温度，平衡正向移动，反应前后，体积缩小，当增大反应压强，平衡会向着体积减小的方向进行，即正向，催化剂只会加快反应速率，对平衡没有影响；故答案为AD；

(3)①若体系在T1、60MPa下达到平衡，相同温度下，气体的体积分数等于其物质的量分数，

设平衡时n(NH3)=xmol，

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

开始(mol) 1 3 0

反应(mol) 0.5x 1.5x x

平衡(mol) 1-0.5x 3-1.5x x

=60%，解得x=1.5mol；分压=总压×物质的量分数，平衡时N2、H2、NH3物质的量分数分别为0.1、0.3、0.6，得到平衡常数K=；

②N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92kJmol-1这是一个放热反应，降低温度，平衡正向移动，氨气的体积分数增大，故T1＜T2；

③恒温恒压，温度不变，平衡常数不变，达到平衡后，再向容器中充入适量氨气，达到新平衡时，各物质的浓度都不变，故c(H2)不变；

(4)第一步为慢反应，说明要反应需要从外界吸收的热量多，活化分子数少，活化能大，即E1＞E2。