Question

14．科学家一直致力于“人工固氮”的方法研究．
（1）合成氨的原理为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，该反应的能量变化如图所示．
①在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E₂的变化是减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
②将0.3mol N₂和0.5mol H₂充入体积不变的密闭容器中，在一定条件下达到平衡，测得容器内气体压强变为原来的$\frac{7}{8}$，此时H₂的转化率为30%；欲提高该容器中H₂的转化率，下列措施可行的是AB（填选项字母）．
A．向容器中按原比例再充入原料气
B．向容器中再充入一定量H₂
C．改变反应的催化剂
D．液化生成物分离出氨
（2）根据最新“人工固氮”的研究报道，在常温、常压、光照条件下，N₂在催化剂（掺有少量Fe₂O₃和TiO₂）表面与水发生反应：
2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1 530kJ/mol
又知：H₂O（l）?H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol
则2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1266kJ/mol，该反应的化学平衡常数表达式为K=$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}$，控制其他条件不变，增大压强，K值不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．

Answer 1

分析 （1）①在反应体系中加入催化剂，活化能降低；
②将0.3mol N₂和0.5mol H₂充入体积不变的密闭容器中，在一定条件下达到平衡，测得容器内气体压强变为原来的$\frac{7}{8}$，则：
           N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始（mol）：0.3       0.5       0
转化（mol）：x         3x        2x
平衡（mol）：（0.3-x） （0.5-3x）  2x
相同条件下压强之比等于物质的量之比，结合平衡时压强计算解答；
欲提高转化率可以按原比例向容器中再充入原料气（相当于加压），液化生成物分离出氨，正反应为放热反应，也可以降温；
（2）已知：①2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1 530kJ/mol
②H₂O（l）?H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol
根据盖斯定律，①-②×6可得：2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）；
化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
化学平衡常数只受温度影响，与压强无关，温度不变，平衡常数不变．

解答 解：（1）①在反应体系中加入催化剂，活化能降低，故E₂也减小，故答案为：减小；
②将0.3mol N₂和0.5mol H₂充入体积不变的密闭容器中，在一定条件下达到平衡，测得容器内气体压强变为原来的$\frac{7}{8}$，则：
          N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始（mol）：0.3       0.5      0
转化（mol）：x        3x        2x
平衡（mol）：（0.3-x） （0.5-3x） 2x
根据题意有（0.3-x）mol+（0.5-3x）mol+2x mol=（0.3+0.5）×$\frac{7}{8}$，解得x=0.05，转化的氢气为0.15mol，则H₂转化率为$\frac{0.15mol}{0.5mol}$×100%=30%，
A．向容器中按原比例再充入原料气，等效为增大压强，平衡正向移动，氢气转化率增大，故A正确；
B．向容器中再充入一定量H₂，氢气转化率减小，故B错误；
C．改变反应的催化剂，影响反应速率，不影响平衡移动，氢气转化率不变，故C错误；
D．液化生成物分离出氨，氨气浓度减小，平衡正向移动，氢气转化率增大，故D正确，
故答案为：30%；AD；
（2）已知：①2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1 530kJ/mol
②H₂O（l）?H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol
根据盖斯定律，①-②×6可得：2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g），则△H=1 530kJ/mol-6×44kJ/mol=+1266kJ/mol；
2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）的化学平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}$，化学平衡常数只受温度影响，控制其他条件不变，增大压强，K值不变，
故答案为：+1266；$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}$；不变．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学平衡常数、反应热有关计算等，掌握三段式在化学平衡计算中应用，注意平衡常数只受温度影响，其表达式及单位与化学计量数有关．