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(N2)正= v(H2)逆

c 容器内压强保持不变 d 合气体的密度保持不变

（3）工业上合成氨的部分工艺流程如下：

请用平衡移动原理来解释在流程中及时分离出氨气和循环使用气体的原因_______。

（4）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）。

（5）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span>H2的物质的量为______mol。

（6）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 bc 减少生成物浓度，同时增加反应物浓度，可以使平衡正向进行程度更大，提高产率 < c 0.1 逆 3 4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) ΔH =－906 kJ·mol-1

【解析】

（1）根据△G=△H-T△S来判断。

（2）a.容器内N2、H2、NH3 浓度比与起始浓度及转化率有关，平衡时不一定等于化学计量数之比。

b.平衡时不同物质表示的正逆速率之比等于化学计量数之比，3v(N2)正= v(H2)逆时反应达到平衡状态。

c.随反应进行，混合气体物质的量变化，容器内压强发生变化，压强保持不变说明到达平衡。

d.混合气体总质量不变，容器容积不变，混合气体密度始终保持不变。

（3）在流程中及时分离出氨气和循环使用气体的原因是减少生成物浓度，同时增加反应物浓度，可以使平衡正向进行程度更大，提高产率。

（4）①由图可知，n(H2)相同时, T2对应氨气含高，反应为放热反应,降低温度有利于生成氨气,则T2<T1。

②a、b、c、d四点，n(H2)越大，平衡正向移动的程度越大，N2的转化率越大，c点时氢气的物质的量最大，c点N2的转化率最高。

（5）①根据三段式求解。

②根据QC和K的相对大小进行判断。

③恒温恒容条件下，气体的压强之比等于其物质的量之比，反应达到平衡后，混合气体的物质的量为3.6mol,容器内的压强变为原来的90%，则反应前混合气体的物质的量为4mol，为氢气和氮气的物质的量之和，氮气的物质的量为1mol，则氢气的物质的量为3mol。

（6）根据盖斯定律求得。

（1）A.根据△G=△H-T△S来计算，把△H<0，△S <0代入表达式，该反应可能自发进行，故A错误；

B.根据△G=△H-T△S来计算，把△H<0，△S <0代入表达式，该反应可能自发进行，故B错误；

C.N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) △H<0，升温平衡逆向移动，故不能提高反应物的转化率，故C错误；

D.使用催化剂加快反应速率是因为催化剂降低了反应的活化能，故D错误；

故选ABCD。

（2）a.容器内N2、H2、NH3 浓度比与起始浓度及转化率有关，平衡时不一定等于化学计量数之比，故a错误；

b.平衡时不同物质表示的正逆速率之比等于化学计量数之比，3v(N2)正= v(H2)逆时反应达到平衡状态，故b正确；

c.随反应进行，混合气体物质的量变化，容器内压强发生变化，压强保持不变说明到达平衡，故c正确；

d.混合气体总质量不变，容器容积不变，混合气体密度始终保持不变，故d错误；

故选bc。

（3）在流程中及时分离出氨气和循环使用气体的原因是减少生成物浓度，同时增加反应物浓度，可以使平衡正向进行程度更大，提高产率，故答案为：减少生成物浓度，同时增加反应物浓度，可以使平衡正向进行程度更大，提高产率。

（4）①由图可知，n(H2)相同时, T2对应氨气含高，反应为放热反应,降低温度有利于生成氨气,则T2<T1，故答案为：<；

②a、b、c、d四点，n(H2)越大，平衡正向移动的程度越大，N2的转化率越大，c点时氢气的物质的量最大，c点N2的转化率最高，此时氢气起始量最大达到平衡状态下H2的百分含量最高，故答案为：c。

（5）①由表中数据可知，20min达到平衡，平衡时NH3的浓度为0.2mol/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

故化学平衡常数K=c2(NH3)/c(N2)c3(H2)=0.22/0.4×13=0.1，故答案为：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+4mol÷4L=2mol/L，N2为0.4mol/L+4mol÷4L=1.4 mol/L，NH3为0.2mol/L+4mol÷4L=1.2mol/L，故浓度商QC=1.22/1.4×23＞0.1，故反应向逆反应进行，故答案为：逆。

③恒温恒容条件下，气体的压强之比等于其物质的量之比，反应达到平衡后，混合气体的物质的量为3.6mol,容器内的压强变为原来的90%，则反应前混合气体的物质的量为4mol，为氢气和氮气的物质的量之和，氮气的物质的量为1mol，则氢气的物质的量为3mol，故答案为：3。

（6）N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H= -92kJ/mol ①

N2(g)+O2(g)＝2NO(g) ΔH= +181kJ/mol ②

2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) ΔH= -484kJ/mol ③

氨的催化氧化的化学方程式为：4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)，该反应可通过③×3+②×2-①×2获得，根据盖斯定律可得△H=-906 kJ/mol；故氨气催化氧化生成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，故答案为：4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) ΔH =-906 kJ·mol-1。