Question

18．一种“人工固氮”的新方法是在常温、常压、光照条件下，N₂在催化剂表面与水发生反应生成NH₃：N₂+3H₂O?2NH₃+$\frac{3}{2}$O₂，进一步研究NH₃生成量与温度的关系，部分实验数据见表（反应时间3h）：

T/℃	30	40	50
生成NH3量/（10-6 mol）	4.8	5.9	6.0

请回答下列问题：
（1）50℃时从开始到3h内以O₂物质的量变化表示的平均反应速率为1.5×10^-6 mol•h^-1．
（2）该反应过程与能量关系可用如图表示，则反应的热化学方程式是N₂（g）+3H₂O（l）=2NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）△H=+765.2kJ•mol^-1．
（3）与目前广泛应用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率较慢．请提出可提高其反应速率且增大NH₃生成量的建议：升高温度．
（4）工业合成氨的热化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．在某压强恒定的密闭容器中加入2mol N₂和4mol H₂，达到平衡时，N₂的转化率为50%，体积变为10L．求：
①该条件下的平衡常数为400；
②若向该容器中加入a mol N₂、b mol H₂、c mol NH₃，且a、b、c均大于0，在相同条件下达到平衡时，混合物中各组分的物质的量与上述平衡相同．反应放出的热量＜（填“＞”“＜”或“=”）92.4kJ．

Answer 1

分析 （1）结合v=$\frac{△c}{△t}$计算；
（2）由图可知反应物、生成物及能量变化；
（3）由数据可知，温度越高，生成氨气的量越大；
（4）①某压强恒定的密闭容器中加入2mol N₂和4mol H₂，达到平衡时，N₂的转化率为50%，体积变为10L，则
          N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
开始   2              4                0
转化    1              3                2
平衡    1              1                2
结合平衡浓度计算K；
②极限转化为反应物时，为2mol N₂和4mol H₂，平衡时各组分的物质的量与上述平衡相同，从正逆反应开始，该反应伴随吸热．

解答 解：（1）50℃时从开始到3h内生成氨气为6×10^-6mol，则生成氧气为4.5×10^-6mol，以O₂物质的量变化表示的平均反应速率为$\frac{4.5×1{0}^{-6}}{3}$mol•h^-1=1.5×10^-6mol•h^-1，
故答案为：1.5×10^-6；
（2）由图可知反应物、生成物及能量变化，反应的热化学方程式是N₂（g）+3H₂O（l）=2NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）△H=+765.2kJ•mol^-1，
故答案为：N₂（g）+3H₂O（l）=2NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）△H=+765.2kJ•mol^-1；
（3）由数据可知，温度越高，生成氨气的量越大，则可提高其反应速率且增大NH₃生成量的建议为升高温度，故答案为：升高温度；
（4）①某压强恒定的密闭容器中加入2mol N₂和4mol H₂，达到平衡时，N₂的转化率为50%，体积变为10L，则
          N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
开始   2              4                0
转化    1              3                2
平衡    1              1                2
K=$\frac{（\frac{2}{10}）^{2}}{（\frac{1}{10}）×（\frac{1}{10}）^{3}}$=400，
故答案为：400；
②当加入2mol N₂和4mol H₂时，生成2mol NH₃，放出92.4kJ的热量，而当加入a mol N₂、b mol H₂和c mol NH₃时，平衡时NH₃仍为2mol，则生成的NH₃为（2-c） mol，则放出的热量小于92.4kJ，故答案为：＜．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握化学平衡三段法、平衡常数及速率计算为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意图象及表格数据的应用，题目难度不大．