Question

【题目】氮的固定一直是科学家研究的重要课题，合成氨则是人工固氮比较成熟的技术，其原理为

N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H。

（1）已知每破坏1mol有关化学键需要的能量如下表：

H-H	N-H	N-N	NN
435.9KJ	390.8KJ	192.8KJ	945.8KJ

则△H=_____________。

（2）在恒温、恒压容器中，氨体积比1：3加入N2和H2进行合成氨反应，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”）

（3）在不同温度、压强和相同催化剂条件下，初始时N2、H2分别为0.1mol、0.3mol时，平衡后混合物中氨的体积分数（φ）如图所示。

①其中，p1、p2和p3由大到小的顺序是________，其原因是__________。

②若分别用vA(N2)和vB(N2)表示从反应开始至达平衡状态A、B时的化学反应速率，则vA(N2)______ vB(N2)（填“>”“<”或“=”）

③若在250℃、p1条件下，反应达到平衡时容器的体积为1L，则该条件下合成氨的平衡常数K=___（保留一位小数）。

（4）H2NCOONH4是工业由氨气合成尿素的中间产物。在一定温度下、体积不变的密闭容器中发生反应：H2NCOONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)，能说明该反应达到平衡状态的是_____（填序号）。

①混合气体的压强不变

②混合气体的密度不变

③混合气体的总物质的量不变

④混合气体的平均相对分子质量不变

⑤NH3的体积分数不变

Answer 1

【答案】-91.3KJ/mol 不变 p1>p2>p3 温度相同时，加压平衡正向移动，故压强越大平衡混合物中氨的体积分数越大 < 5925.9L2/mol2 ①②③

【解析】

试题（1）根据键能和反应热的关系计算；

（2）根据等效平衡分析；

（3）①根据压强对平衡状态的影响结合反应特点分析；

②根据外界条件对反应速率的影响分析；

③根据平衡常数的含义结合图像中数据计算平衡常数；

（4）根据平衡状态的含义分析。

解析：（1）反应热等于断键吸收的能量和形成化学键所放出的能量的差值，则该反应的反应热△H=945.8kJ/mol＋3×435.9kJ/mol－2×3×390.8kJ/mol＝-91.3kJ/mol；

（2）在恒温、恒压容器中，氨体积比1：3加入N2和H2进行合成氨反应，达到平衡后，再向容器中充入适量氨气，由于只有一种生成物，所以平衡等效，则达到新平衡时，c(H2)不变。

（3）①合成氨反应是体积减小的，增大压强平衡向正反应方向进行，氨气的含量增加，所以根据图像可知p1、p2和p3由大到小的顺序是p1>p2>p3。

②根据图像可知A点温度和压强均小于B点，温度越高，压强越大，反应速率越大，所以反应速率vA(N2)<vB(N2)。

③根据图像可知在250℃、p1条件下，反应达到平衡时容器的体积为1L，氨气的含量为66.75，则

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

起始量（mol） 0.1 0.3 0

转化量（mol） x 3x 2x

平衡量（mol） 0.1-x 0.3-3x 2x

所以

解得x＝0.08

因此该条件下合成氨的平衡常数K=5925.9L2/mol2。

（4）在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。①正反应是体积减小的，则混合气体的压强不变说明达到平衡状态；②密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中容积始终是不变的，但气体的质量是变化的，则混合气体的密度不变说明达到平衡状态；③正反应是体积减小的，混合气体的总物质的量不变说明达到平衡状态；④混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，由于气体只有氨气和二氧化碳，且二者的体积比始终是2：1，所以混合气体的平均相对分子质量始终不变，不能说明达到平衡状态；⑤由于气体只有氨气和二氧化碳，且二者的体积比始终是2：1，所以NH3的体积分数始终不变，不能说明达到平衡状态。答案选①②③。