Question

【题目】课本里介绍的合成氨技术叫哈伯法，是德国诺贝尔化学奖获得者哈伯发明的。其合成原理为：N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) △H<0，△S <0。

（1）下列关于工业合成氨的说法不正确的是_______

A．因为△H<0，所以该反应一定能自发进行

B．因为△S<0，所以该反应一定不能自发进行

C．在高温下进行是为了提高反应物的转化率

D．使用催化剂加快反应速率是因为催化剂降低了反应的△H

（2）在恒温恒容密闭容器中进行合成氨的反应，下列能说明该反应已达到平衡状态的是_______

a.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1：3：2 b.v正(N2)= v逆(H2)

c.容器内压强保持不变 d.合气体的密度保持不变

（3）某科研小组研究：在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对工业合成氨反应的影响。实验结果如图所示（图中T表示温度，n表示H2物质的量）。

①图象中T2和T1的关系是：T2 __________T1（填“>，<或=”，下同）

②a、b、c、d四点所处的平衡状态中，反应物N2 的转化率最高的是______（填字母）。

（4）恒温下，往一个4L的密闭容器中充入5.2mol H2和2mol N2，反应过程中对NH3的浓度进行检测，得到的数据如下表所示：

时间/min	5	10	15	20	25	30
c(NH3)/mol·L-1	0.08	0.14	0.18	0.20	0.20	0.20

①此条件下该反应的化学平衡常数K=___________。

②若维持容器体积不变，温度不变，往原平衡体系中加入H2、N2和NH3各4mol，化学平衡将向_______反应方向移动（填“正”或“逆”）。

③N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H= -92kJ/mol。在恒温恒容的密闭容器中充入1mol N2和一定量的H2发生反应。达到平衡后，测得反应放出的热量为18.4 kJ，混合气体的物质的量为3.6 mol，容器内的压强变为原来的90％，则起始时充入的H2的物质的量为______mol。

（5）已知：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H= -92kJ/mol

N2(g)+O2(g)＝2NO(g) ΔH= +181kJ/mol

2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) ΔH= -484kJ/mol

写出氨气催化氧化生成NO和水蒸气的热化学方程式_________。

Answer 1

【答案】ABCD c < c 0.1 逆 3 4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) ΔH =－906 kJ·mol-1

【解析】

（1）结合△G=△H-T△S和影响平衡的因素分析；

（2）达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，以此判断；

（3）①根据温度升高化学平衡向着吸热方向进行；

②根据增加氢气的物质的量化学平衡向着正反应方向移动；

（4）①由表中数据可知，20min达平衡，平衡时NH3的浓度为0.20mol/L，利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，代入平衡常数表达式k=计算；

②温度不变平衡常数不变，计算此时的浓度，进而计算浓度商Qc，比较浓度商与平衡常数的大小，判断反应进行方向；

③恒温恒容条件下气体的压强与气体的总物质的量成正比；

（5）根据盖斯定律来求反应的焓变。

（1）已知：N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) △H<0，△S <0；

A．当△G=△H-T△S＜0时反应能自发进行，则△H<0时，△G=△H-T△S不一定小于0，即该反应不一定能自发进行，故A错误；

B．当△G=△H-T△S＜0时反应能自发进行，则△S<0时，△G=△H-T△S不一定小于0，即该反应不一定能自发进行，故B错误；

C．当升高温度时，N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) △H<0，平衡逆向移动，反应物的转化率降低，升高温度只是为了加快反应速率，故C错误；

D．使用催化剂能加快反应速率是因为催化剂降低了反应的活化能，但不影响反应的△H，故D错误；

故答案为ABCD；

（2）a．容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1：3：2，不能说明达到判断状态，取决于起始配料比和转化程度，故a错误；

b．当3v正（N2）=v逆（H2）时，说明达到平衡状态，则当v正(N2)= v逆(H2) 不能说明达到平衡状态，故b错误；

c．容器内压强保持不变，说明混合气体的总物质的量保持不变，此时反应达到平衡状态，故c正确；

d．混合气体的质量和体积始终保持不变，则混合气体的密度保持不变无法说明反应达到平衡状态，故d错误；

故答案为c；

（3）①反应为放热反应，温度升高化学平衡向着吸热方向进行，从T1到T2反应物氮气的量增加，故T1＜T2；

②b点代表平衡状态，温度升高平衡逆向移动，则应选择低温平衡正向移动，提高反应物转化率，另外c点又加入了氢气，故平衡向右移动，氮气的转化率增大；

（4）①由表中数据可知，20min达平衡，平衡时NH3的浓度为0.20mol/L，则：

N2（g）+3H2（g）2NH3（g）

开始（mol/L）：0.5 1.3 0

变化（mol/L）：0.1 0.3 0.2

平衡（mol/L）：0.4 1 0.2

故平衡常数k===0.1；

②反应达到平衡后，若维持容器体积不变，温度不变，往平衡体系中加入H2、N2和NH3各4mol，则此时各物质的浓度为：H2为1mol/L+=2mol/L，N2为0.4mol/L+=1.4mol/L，NH3为0.2mol/L+=1.2mol/L，故浓度商Qc===0.13＞0.1，故反应向逆反应移动；

③已知N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H= -92kJ/mol，在恒温恒容的密闭容器中充入1mol N2和一定量的H2发生反应，达到平衡后，平衡时混合气体的物质的量为3.6 mol，容器内的压强变为原来的90％，则反应前总物质的量为3.6 mol×=4mol，故则起始时充入的H2的物质的量为4mol-1mol=3mol；

（5）已知：①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H= -92kJ/mol，②N2(g)+O2(g)＝2NO(g) ΔH= +181kJ/mol，③2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) ΔH= -484kJ/mol，由盖斯定律②×2-①×2+③×3得：4NH3（g）+5O2（g）═4NO（g）+6H2O（g），则△H=（+181kJ/mol）×2-（-92kJ/mol）×2+（-484kJ/mol）×3=－906 kJ·mol-1，即氨气催化氧化生成NO和水蒸气的热化学方程式为4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) ΔH =－906 kJ·mol-1。