题目内容
【题目】1913年,德国化学家哈伯实现了合成氨的工业化生产,被称作解救世界粮食危机的化学天才。现将lmolN2和3molH2投入1L的密闭容器,在一定条件下,利用如下反应模拟哈伯合成氨的工业化生产: N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)△H < 0 当改变某一外界条件(温度或压强)时,NH3的体积分数φ(NH3)变化趋势如下图所示。
(1)已知:①NH3(l) NH3(g) ΔH1 ②N2(g)+3H2(g)
2NH3(l) ΔH2,则反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)的△H=________(用含△H1、△H2的代数式表示)。
(2)X轴上a点的数值比b点 _____(填“大”或“小”),Y轴表示_______(填“温度”或“压强”)。
(3)将1mol N2和3mol H2分别投入起始容积为1L的密闭容器中,实验条件相关数据如下表所示:
下列判断正确的是________。
A.放出热量:Ql< Q2<|△H| B.N2的转化率:I> III
C.平衡常数:II >I D.达平衡时氨气的体积分数:I>II
(4)平衡时,M点NH3的体积分数为10%。若同温同容下,再充入0.2mol N2,0.6mol H2和1.6molNH 3,重新达平衡时NH3的体积分数________ 10%(填“>”、“<”、“=”或“无法确定”)。
(5)某科研小组探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合成NH3反应的影响.实验结果如图所示:(图中T2和T1表示温度,n表示起始时H2的物质的量)
①图象中T2和T1的关系是:T2_____T1(填“>”、“<”、“=”或“无法确定”)。
②比较在a、b、c三点所处的平衡状态中,反应物N2的转化率最大的是___(填字母)。
【答案】2△H1+△H2 小 温度 AB > < c
【解析】
(1) 根据盖斯定律,①×2+②可得N2(g)+3H2(g)2NH3(g),反应热也进行相应计算;
(2) 随Y值增大,φ(NH3)减小,反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H<0向逆反应方向移动,正反应为体积减小的放热反应,故Y为温度,则X为压强,增大压强平衡正向移动,φ(NH3)增大;
(3) A.I为恒温恒容,随反应进行压强减小,Ⅱ为恒温恒压,Ⅱ相当于在I的基础上增大压强,平衡正向移动,Ⅱ中反应物转化率大于Ⅰ;
B.Ⅲ为恒容绝热,随反应进行温度升高,I为恒温恒容,Ⅲ相当于在I的基础上升高温度,平衡逆向移动;
C.平衡常数只受温度影响,温度相同,平衡常数相同;
D.Ⅱ相当于在I的基础上增大压强,平衡正向移动,氨气体积分数增大;
(4)再次充入0.2mol N2,0.6mol H2和1.6molNH3等效于再次充入1molN2和3molH2,结合勒夏特列原理分析;
(5)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;
②a、b、c三点,n(H2)越大,平衡正向移动的程度越大,N2的转化率越大。
(1) 已知:①NH3(l)NH3(g)△H1,②N2(g)+3H2(g)2NH3(l)△H2,根据盖斯定律,①×2+②可得:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),故△H=2△H1+△H2;
(2) 随Y值增大,φ(NH3)减小,反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H<0向逆反应方向移动,正反应为体积减小的放热反应,故Y为温度,则X为压强,增大压强平衡正向移动,φ(NH3)增大,a点的数值比b点小;
(3) A.I为恒温恒容,随反应进行压强减小,Ⅱ为恒温恒压,Ⅱ相当于在I的基础上增大压强,平衡正向移动,Ⅱ中反应物转化率大于Ⅰ,放出热量:Ql<Q2<|H|,故A正确;
B.Ⅲ为恒容绝热,随反应进行温度升高,I为恒温恒容,Ⅲ相当于在I的基础上升高温度,平衡逆向移动,N2的转化率:I>III,故B正确;
C.平衡常数只受温度影响,温度相同,平衡常数相同,则平衡常数:II=I,故C错误;
D.Ⅱ相当于在I的基础上增大压强,平衡正向移动,则达平衡时氨气的体积分数:I<II,故D错误;
故答案为AB;
(4) 再次充入0.2mol N2,0.6mol H2和1.6molNH3等效于再次充入1molN2和3molH2,在恒温恒容容器中,相当于增大压强,平衡正向移动,重新达平衡时NH3的体积分数>10%;
(5)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三点,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,故答案为:c。
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