题目内容
【题目】工业合成氨反应为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),对其研究如下:
(1)已知H—H键能为436kJ·mol-1,N—H键能为391kJ·mol-1,N≡N键的键能是946kJ·mol-1,则上述反应的ΔH=_________________。
(2)上述反应的平衡常数K的表达式为____________,若反应方程式改写为NH3(g)N2(g)+H2(g),则平衡常数K1=____________________(用K表示)。
(3)在773K时,分别将2mol N2和6mol H2充入一个固定容积为1L的密闭容器中,随着反应的进行,气体混合物中n(H2)、n(NH3)与反应时间t的关系如下表:
t/min | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 |
n(H2)/mol | 6.00 | 4.50 | 3.60 | 3.30 | 3.03 | 3.00 | 3.00 |
n(NH3)/mol | 0 | 1.00 | m | 1.80 | 1.98 | 2.00 | 2.00 |
①表格中m=_______________/span>,15~25min内,v(N2)=_______________。
②该温度下,若向同容积的另一容器中投入的N2、H2、NH3浓度均为3mol·L-1,此时v正_______v逆(填“>”、“<”或“=”)。
③由表中的实验数据计算得到“浓度~时间”的关系可用图中的曲线表示,表示c(N2)~t的曲线是______________(填“甲”、“乙”或“丙”)。在此温度下,若起始充入4mol N2和12mol H2,反应刚达到平衡时,表示c(H2)的曲线上相应的点为_________________。
(4)Marnellos和Stoukides采用电解法合成氨,实现了常压合成和氮气的高转化率。该方法用SCY陶瓷将两极隔开,SCY陶瓷具有高质子导电性,其作用是传导H+,则阴极的电极反应为____________________。
【答案】-92kJ·mol-1 K=c2(NH3)/[c3(H2)c(N2)] K-1/2 1.6mol 0.01mol/(Lmin) > 乙 B N2+6e-+6H+=2NH3或N2+6e-+8H+=2NH4+
【解析】
(1)化学反应中,旧键断裂吸收能量,新键形成释放能量;
(2)K=c2(NH3)/[c3(H2)c(N2)],K1=c1.5(H2)c0.5(N2)/c(NH3)判断;
(3)①根据表中数据,10min时,氢气反应2.4mol,则生成1.6mol的氨气;
②根据表化学平衡常数与Qc的关系判断;
③根据氮气的初始c(N2)=2mol/L判断;根据等效平衡及反应速率的影响判断反应的点;
(4)电解池中,阴极得电子,化合价降低,则氮气得电子与氢离子反应生成氨气。
(1)化学反应中,旧键断裂吸收能量,新键形成释放能量,则ΔH=946+4363-3916=-92kJ/mol;
(2)上述反应的平衡常数的表达式为K=c2(NH3)/[c3(H2)c(N2)],K1=c1.5(H2)c0.5(N2)/c(NH3)=K-1/2;
(3)①根据表中数据,10min时,氢气反应2.4mol,则生成1.6mol的氨气;15~25min内,氢气反应0.3mol,则氮气反应0.1mol,v(N2)=0.1mol/1L/10min=0.01mol/(Lmin);
②根据表中数据,25min时达到平衡状态,各物质的物质的量浓度为1mol/L、3mol/L、2mol/L,K=4/9,若向同容积的另一容器中投入的N2、H2、NH3浓度均为3mol/L时,Qc=1/9<K,平衡正向移动,v正>v逆;
③氮气的初始c(N2)=2mol/L,反应过程中浓度减小,则曲线乙符合;在此温度下,若起始充入4mol N2和12mol H2,相当于增大压强,体积减小,平衡正向移动,但氢气的浓度增大,速率加快,到达平衡时间减少,则B点符合;
(4)电解池中,阴极得电子,化合价降低,则氮气得电子与氢离子反应生成氨气,电极反应式为N2+6e-+6H+=2NH3或N2+6e-+8H+=2NH4+。
【题目】将1 mol N2和 3 mol H2充入体积可变的恒温密闭容器中,在380 ℃下发生反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),平衡时,体系中氨的体积分数(NH3)随压强变化的情况如下表:
压强/MPa | 10 | 20 | 30 | 40 |
(NH3) | 0.30 | 0.45 | 0.54 | 0.60 |
下列说法正确的是( )
A.10 MPa时,H2的转化率为75%
B.20 MPa时,NH3的物质的量浓度是10 MPa时的1.5倍
C.40 MPa时,若容器的体积为V L,则平衡常数K=
D.30 MPa时,若向容器中充入惰性气体,则平衡向正反应方向移动