Question

Ⅱ．据报道，在一定条件下，N₂在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应，主要产物为NH₃，相应的反应方程式为：2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=Q．

（1）上述反应的平衡常数表达式为

 

．
（2）取五份等体积N₂和H₂O的混合气体（物质的量之比均为1：3），分别加入体积相同的恒玉密闭容器中，在温度不相同的情况下发生反应，反应相同时间后，测得氮气的体积分数φ（N₂）与反应温度T的关系曲线如图1所示，则上述反应的Q

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）若上述反应在有人化剂的情况下发生，则图2所示的a、b、c、d四条曲线中，能表示反应体系能量变化的是

 

（选填字母代号），图中△H的绝对值为1530kJ?mol^-1．
Ⅲ．目前工业合成氨的原理是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ?mol^-1．
回答下列问题：
（1）结合Ⅱ中数据，则2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）的△H=

 

．
（2）在一定温度下，将1mol N₂和3mol H₂混合置于体积不变的密闭容器中发生反应，达到平衡状态时，测得气体总物质的量为2.8mol．
①达平衡时，H₂的转化率α₁=

 

．
②在相同条件下，若起始时只将NH₃置于该容器中，达到平衡状态时NH₃的转化率为α₂，当α₁+α₂=1时，则起始时NH₃的物质的量n（NH₃）=

 

mol．

Answer 1

考点：化学平衡常数的含义,反应热和焓变

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积；
（2）曲线的变化先增大后变小．我们知道温度升高反应速率加快．在此题中，反应相同时间，低温下的两点是未达到平衡的两点，随温度的升高，氮气的体积分数随温度升高而变大，曲线的最高点是某温度下达到平衡的点，之后的两点，皆是平衡后的氮气的体积分数，且随温度升高而降低，则生成氨气的反应是放热反应；
（3）根据（2）的结论，反应是放热反应，应从c、d曲线中找答案，使用催化剂可以降低反应的活化能；
Ⅲ．（1）根据盖斯定律求出目标反应方程式，求出反应热；
（2）根据差量法求出参加反应的H₂，然后求出转化率；
（3）根据题意可以判断出是从正逆两个方向建立的平衡，由此推断出起始时NH₃的物质的量为2mol．

解答： 解：（1）上述反应的平衡常数表达式为：K=

c4(NH3)c3(O2)

C2(N2)C6(H2O)

，故答案为：

c4(NH3)c3(O2)

C2(N2)C6(H2O)

；
（2）曲线的变化先增大后变小．我们知道温度升高反应速率加快．在此题中，反应相同时间，低温下的两点是未达到平衡的两点，随温度的升高，氮气的体积分数随温度升高而变大，曲线的最高点是某温度下达到平衡的点，之后的两点，皆是平衡后的氮气的体积分数，且随温度升高而降低，则生成氨气的反应是放热反应，即此反应的正反应为放热反应，即Q＜0，故答案为：＜；
（3）根据（2）的结论，反应是放热反应，应从c、d曲线中找答案，使用催化剂可以降低反应的活化能，因此应该选d；
故答案为：d．
Ⅲ．（1）2N₂（g）+6H₂O（g）═4NH₃（g）+3O₂（g）△H=-1530kJ?mol^-1 ①
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ?mol^-1 ②
根据盖斯定律：②×

2

3

-①×

1

3

，得：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=2/3×（-93 kJ?mol^-1）-1/3×（-1530 kJ?mol^-1）=-572kJ?mol^-1；
故答案为：-572kJ?mol^-1；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△n
      1       3         2        2
             1.8mol          （4-2.8）mol
 H₂的转化率α₁为转化率为

1.8mol

3mol

×100%=60%；
故答案为：60%；
②根据题意可以判断出是从正逆两个方向建立的平衡，由此推断出起始时NH₃的物质的量为2mol，所以起始时NH₃的物质的量2mol，故答案为：2．

点评：本题以人工固氮为载体来考查化学反应原理中的电化学、化学反应的热效应、化学反应的限度（平衡态的建立、转化率、化学平衡与反应热），难度中等．