Question

5．硝酸工业是国民经济的命脉产业，工业制硝酸通常是如下过程：
步骤一：氮气与氢气合成氨气；步骤二：氨气的催化氧化；步骤三：NO的氧化再水化．
请回答下列问题：
（1）对于N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H₁kJ/mol，满足如图1象：
①根据图△H₁＜0，T₃＜T₄．（填“＞”“＜”“=”）
②若温度为T₁且容积为2L的密闭容器下中，发生合成氨的反应，起始时通入2mol的N₂和6mol的H₂，10分钟达到平衡状态，此时NH₃的体积分数为60%．则0到10min内用H₂表示化学反应速率为0.225mol/（L•min），N₂的转化率为75%，反应开始和平衡状态体系的压强之比等于8：5．T₁温度下平衡常数K≈21.3，若升高温度K值减小．（填“增大”“减小”“不变”）
③若第②小问中反应体系达到平衡后，再通入1mol N₂和3mol H₂，则H₂转化率增大．（填“增大”“减小”“不变”）
④若恒定温度为T₁，容积为2L，则若开始通入2mol N₂和2mol H₂和2mol的NH₃则反应开始时V_正＞V_逆（填“＞”“＜”“=”），达到新的平衡状态后，再通入2mol N₂，则N₂的转化率降低．（填“升高”、“降低”或者“不变”）
⑤对于合成氨的体系中，既可以增大反应速率又可以提高H₂的转化率的措施有增大压强和增大N₂浓度．（填两点即可）
（2）已知：

化学键	N≡N	H-H	N-H
键能/kJ/mol	a	b	c

则△H₁=（a+3b-6c）kJ/mol，问题（1）第②小问中能量变化为9c-1.5a-4.5bkJ．
（3）已知：
①N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H₁kJ/mol
②4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（l）△H₂kJ/mol
③4NO（g）+3O₂（g）+2H₂O（g）═4HNO₃（aq）△H₃kJ/mol
则N₂（g）+3H₂（g）+4O₂（g）═2HNO₃（aq）+2H₂O（l）△H=（△H₁+0.5△H₂+0.5△H₃）kJ/mol（用a、b、c、△H₂和△H₃表示）

Answer 1

分析 （1）①看图1根据“先拐先平数值大”的原则判定T₁＞T₂，由T₂到T₁是升温过程，升高温度导致N₂的转化率减小，平衡逆向移动，则逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，△H₁＜0；看图2先固定某一横坐标不变，由T₄到T₃，NH₃的百分含量增大，说明平衡正向移动，正反应为放热反应；
②对该过程列“起、转、平”得：
                   N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始物质的量：2            6           0
转化物质的量：x          3x            2x
平衡物质的量：2-x        6-3x        2x
根据平衡时“NH₃的体积分数为60%”列等式为：$\frac{2x}{2-x+6-3x+2x}$×100%=60%，则x=1.5，
结合v=$\frac{△c}{△t}$、转化率=$\frac{转化的量}{开始的量}$×100%、恒温恒容时压强之比等与气体的物质的量之比、K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；升高温度平衡逆向移动；
③再次加入1mol N₂和3mol H₂，相当于加压，平衡正向移动；
④根据Q_c和K值的相对大小可以判定平衡移动方向，Qc=$\frac{{1}^{2}}{1×{1}^{3}}$，Q_c＜K，平衡正向移动，V_正＞V_逆．增大一种反应物浓度，会使另一种反应物转化率增大；
⑤加压速率加快且正向移动H₂转化率增大．增大N₂浓度，导致反应物浓度增大速率加快，且平衡正向移动；
（2）反应热等于反应物断键吸收能量与生成物成键放热能量之差，反应吸放热与产物的物质的量成正比；
（3）由①N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H₁kJ/mol
②4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（l）△H₂kJ/mol
③4NO（g）+3O₂（g）+2H₂O（g）═4HNO₃（aq）△H₃kJ/mol
结合盖斯定律可知（①式×2+②式+③式）÷2即可得N₂（g）+3H₂（g）+4O₂（g）═2HNO₃（aq）+2H₂O（l）．

解答 解：（1）①看图1根据“先拐先平数值大”的原则判定T₁＞T₂，由T₂到T₁是升温过程，升高温度导致N₂的转化率减小，平衡逆向移动，则逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，△H₁＜0；看图2先固定某一横坐标不变，由T₄到T₃，NH₃的百分含量增大，说明平衡正向移动，正反应为放热反应，故采取措施为降低温度，则T₃＜T₄，故答案为：＜；＜；
②对该过程列“起、转、平”得：
                   N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始物质的量：2            6           0
转化物质的量：x          3x            2x
平衡物质的量：2-x        6-3x        2x
根据平衡时“NH₃的体积分数为60%”列等式为：$\frac{2x}{2-x+6-3x+2x}$×100%=60%，则x=1.5，
故0到10min内用H₂表示化学反应速率为$\frac{\frac{4.5mol}{2L}}{10min}$=0.225mol/（L•min），N₂的转化率为$\frac{1.5mol}{2mol}$×100%=75%；
根据恒温恒容时，压强之比等与气体的物质的量之比，故反应开始和平衡状态体系的压强之比等于（2+6）：（0.5+1.5+3）=8：5；
由平衡时浓度可知平衡常数K=$\frac{1．{5}^{2}}{0.25×0.7{5}^{3}}$=21.3，升高温度平衡逆向移动，导致生成物浓度减小，反应物浓度增大，K的分子变小，分母变大，K值减小，
故答案为：0.225；75%；8：5；21.3；减小；
③再次加入1mol N₂和3mol H₂，相当于加压，平衡正向移动，H₂转化率增大，
故答案为：增大；
④Qc=$\frac{{1}^{2}}{1×{1}^{3}}$=1，Q_c＜K，平衡正向移动，V_正＞V_逆．增大一种反应物浓度，会使另一种反应物转化率增大，自身转化率减小，故答案为：＞； 降低；
⑤加压速率加快且正向移动H₂转化率增大．增大N₂浓度，导致反应物浓度增大速率加快，且平衡正向移动H₂转化率增大，
故答案为：增大压强和增大N₂浓度；
（2）由表格中数据及N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）可知△H₁=（a+3b-6c）kJ/mol，焓变为负，由反应吸放热与产物的物质的量成正比得：$\frac{2}{6c-a-3b}=\frac{3}{x}$，解得x=9c-1.5a-4.5b，
故答案为：（a+3b-6c）；9c-1.5a-4.5b；
（3）由①N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H₁kJ/mol
②4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（l）△H₂kJ/mol
③4NO（g）+3O₂（g）+2H₂O（g）═4HNO₃（aq）△H₃kJ/mol
结合盖斯定律可知（①式×2+②式+③式）÷2即可得N₂（g）+3H₂（g）+4O₂（g）═2HNO₃（aq）+2H₂O（l），故△H=（△H₁+0.5△H₂+0.5△H₃）kJ/mol，
故答案为：（△H₁+0.5△H₂+0.5△H₃）．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握平衡影响因素、盖斯定律应用、化学平衡三段法应用为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，综合性较强，题目难度不大．