Question

15．工业合成氨是人工固氮方法之一．

I．已知下列物质的键能：

N-N	N═N	N≡N	N-H	H-H
193 KJ/mol	418KJ/mol	946KJ/mol	391KJ/mol	436KJ/mol

则N₂（g）+3H₂（g）?2nh₃（g）△H=-92kJ/mol
Ⅱ恒温下，将一定量N₂、H₂置于10L的容器中发生反应，反应过程中各物质浓度随时间变化如图1．
（1）图1中0～2s内的反应速率v（H₂）=0.75mol/（L．s）；该温度下平衡常数的计算表达式为$\frac{（1.00mol/L）^{2}}{（1.5mol/L）^{3}•（1.00mol/L）}$．
（2）该反应达到平衡的标志为AD（填序号）．
A．混合气体的平均相对分子质量不变
B．物质的量浓度比等于系数比
C．容器内温度不变
D．断裂1moIH-H键同时断裂2molN-H键
（3）若其它条件不变，将恒容条件变为恒压，则平衡时c（N₂）增大（填“增大”、“减小”、“不变’’或“不能确定”）．
（4）哈伯研究所因证实N₂、H₂在固体催化剂（Fe）表面吸附和解吸以合成氨的过程而获诺贝尔奖．
若用分别表示N₂、H₂、NH₃和固体催化剂，则在固体催化剂表面合成氨的过程可用如图2表示：
①吸附后，能量状态最低的是C（填字母序号）．
②由上述原理，在铁表面进行NH₃的分解实验，发现分解速率与浓度关系如图3．从吸附和解吸过程分析，c₀前速率增加的原因可能是氨的浓度增加，催化剂表面吸附的氨分子增多，速率增大；c₀后速率降低的原因可能是达到一定浓度后，氨分子浓度太大阻碍N₂和H₂的解吸．

Answer 1

分析 I、反应热△H=反应物的总键能-生成物的总键能；
II、（1）根据图象1可知，曲线C为氢气的浓度的变化曲线，根据v（H₂）=$\frac{△c（{H}_{2}）}{△t}$来计算；平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂之积}{反应物平衡浓度幂之积}$；
（2）当一个量在反应未达平衡时在变，而后来不变了，则此量可以作为平衡的标志；
（3）当容器恒压时，相当于是在恒容达平衡的基础上再压缩容器的体积，平衡右移，氮气的物质的量变小，但浓度比原来大；
（4）①根据化学键的断裂要吸收能量，且反应放热来分析；
②c₀前氨的浓度增加，导致反应速率加快；c₀后由于氨分子浓度太大阻碍N₂和H₂的解吸．

解答 解：I、由于反应热△H=反应物的总键能-生成物的总键能，则N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=（946KJ/mol）+3×（436KJ/mol）-6×（391KJ/mol）=-92kJ/mol，故答案为：-92kJ/mol；
II、（1）根据图象1可知，曲线C为氢气的浓度的变化曲线，△c（H₂）=1.5mol/L，故v（H₂）=$\frac{△c（{H}_{2}）}{△t}$=$\frac{1.5mol/L}{2s}$=0.75mol/（L．s）；平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂之积}{反应物平衡浓度幂之积}$=$\frac{（1.00mol/L）^{2}}{（1.5mol/L）^{3}•（1.00mol/L）}$，故答案为：0.75mol/（L．s），$\frac{（1.00mol/L）^{2}}{（1.5mol/L）^{3}•（1.00mol/L）}$；
（2）A．此反应中的反应物和生成物全为气体，故气体的质量一直不变，而反应向正反应方向进行时，气体的物质的量减小，故在平衡之前，混合气体的平均相对分子质量在减小，故当不变时，说明反应达平衡，故A正确；
B．无论反应是否达到平衡，物质的物质的量浓度比和系数比之间无必然的联系，即反应达平衡后，浓度之比不一定等于系数之比，当浓度等于系数之比时，反应不一定达平衡，故B错误；
C．此容器为恒温的容器，容器内的温度一直不变，故容器内温度不变时，不能说明反应达平衡，故C错误；
D．断裂1moIH-H键意味着有1mol氢气被消耗，同时断裂2molN-H键，意味着有1mol氢气生成，则氢气的消耗量和生成量相同，则反应达平衡，故D正确；
故选AD．
（3）当容器恒压时，相当于是在恒容达平衡的基础上再压缩容器的体积，平衡右移，氮气被消耗，则氮气的物质的量变小，但浓度比恒容时要变大，故答案为：增大；
（4）①由于化学键的断裂要吸收能量，故活化状态B的能量高于初始状态A的能量，而此反应为放热反应，故初始状态A的能量高于末态C的能量，故C的能量最低，故答案为：C；
②c₀前氨的浓度增加，导致反应速率加快；c₀后由于氨分子浓度太大阻碍N₂和H₂的解吸，故反应速率减慢，故答案为：氨的浓度增加，催化剂表面吸附的氨分子增多，速率增大；达到一定浓度后，氨分子浓度太大阻碍N₂和H₂的解吸．

点评 本题考查了反应热的计算、反应达平衡的判断和平衡常数的计算等内容，正确解读题目给出的信息是解决信息性题目的关键，要善于从信息中捕捉最有效的信息用来处理问题．