Question

【题目】氨是一种重要的化工产品，是氮肥工业、有机合成工业以及制造硝酸、铵盐和纯碱的原料，也是一种常用的制冷剂。

（1）某化学研究性学习小组模拟工业合成氨的反应。在容积固定为2L 的密闭容器内充入1mol N2和3mol H2，加入合适催化剂（体积可以忽略不计）后在一定温度压强下开始反应，并用压力计监测容器内压强的变化如下：

反应时间 /min	0	5	10	15	20	25	30
压强/MPa	16.80	14.78	13.86	13.27	12.85	12.60	12.60

则从反应开始到25 min 时，以N2 表示的平均反应速率=__________；该温度下 平衡常数K=___________。

（2）工业合成氨的反应方程式为： N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH 下图1是合成氨反应的能量与反应过程相关图(未使用催化剂)；图D 是合成氨反应在2L 容器中、相同投料情况下、其它条件都不变时，某一反应条件的改变对反应的影响图。

下列说法正确的是________________。

A.ΔH＝－92.4kJ/mol

B.使用催化剂会使E1的数值增大

C.为了提高转化率，工业生产中反应的浓度越低越好

D.图II是不同压强下反应体系中氨的物质的量与反应时间关系图，且PAB

E.图II是不同温度下反应体系中氨的物质的量与反应时间关系图，且TA>TB；

F.该反应的平銜常数KAB

G.在曲线A条件下，反应从开始到平衡，消耗N2的平均速率为mol·L-1·min-1

（3）一定温度下，向一个容积为2 L的密闭容器中通入2 mol N2和7 mol H2，达到平衡时测得容器的压强为起始时的倍，则此温度下的平衡常数为_______。在同一温度，同一容器中，将起始物质改为amol N2 ，b molH2，c mol NH3 (a,b,c均不为零）欲使平衡混合物中各物质的质量与原平衡相同，则a,b,c满足的关系为_____________(用含a,b,c的表达式表示），且欲使反应在起始时向逆反应方向进行，c的取值范围是_______

Answer 1

【答案】 0.01 mol·L-1·min-1 2.37 AEFG 0.25L2·mol-2 a+c/2= 2， d+3c/2= 7 2<c<4

【解析】（1）一定温度下，容器中气体压强与总的物质的量成正比，设平衡状态时混合气体的物质的量为x，16.80：12.60=(1+3)mol：x，x==3mol，所以平衡时混合气体的物质的量为3mol，设参加反应的氮气的物质的量为y，

N2(g)+3H2(g)2NH3(g) 物质的量减少

1mol 2mol

y (4—3)mol

y==0.5mol，平衡时c(N2)==0.25mol/L、c(H2)==0.75mol/L、c(NH3)==0.5mol/L；则从反应开始到25min时，以N2表示的平均反应速率=0.25mol/L/25min==0.01 mol·L-1·min-1；该温度下平衡常数K=0.52/0.25×0.753==2.37。

（2）ΔH=E1—E2=312.4 kJ/mol—404.8 kJ/mol==－92.4kJ/mol，A正确；使用催化剂降低反应的活化能，使E1、E2的数值减小，B错误；为了提高转化率，工业生产中反应的浓度越低越好，C错误；图II中曲线A先达平衡，则PB<PA，D错误；因合成氨是放热反应，温度升高，速率加快，平衡逆向移动，氨的百分含量降低，达到平衡时间短，曲线A的温度高于曲线B，反应的平銜常数KA<KB，E、F正确；

在曲线A条件下，反应从开始到平衡，消耗N2的平均速率为氨气的平衡速率的一半即mol·L-1·min-1，G正确。

（3） N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)

起始浓度（mol/L）1 3.5 0

转化浓度（mol/L）x 3x 2x

平衡浓度（mol/L）1－x 3.5－3x 2x

达到平衡时 测得容器的压强为起始时的7/9倍

所以(7/9)×4.5＝1－x＋3.5－3x＋2x 解得x＝0.5

所以该温度下可逆反应的平衡常数K＝＝＝0.25L2·mol－2。对于恒温恒容下对于反应前后气体体积发生变化的反应来说（即△n≠0的体系）：等效转化后，对应各物质起始投料的物质的量与原平衡起始态相同即可，据此可知欲使平衡混合物中各物质的质量与原平衡相同，则a,b,c满足的关系为a＋0.5c＝2、b＋1.5c＝7。由于平衡时氨气的物质的量是2mol，所以要欲使反应在起始时向逆反应方向进行，c的取值范围是c＞2。当起始时反应物的物质的量为0时，氨气的物质的量最大，所以根据a＋0.5c＝2、b＋1.5c＝7可知，c＝4或4.7，因此c的取值范围是2＜c＜4。