Question

【题目】氮的固定一直是科学家研究的重要课题，合成氨则是人工固氮比较成熟的技术，其原理为N2 (g)+3H2 (g)2NH3(g) △H。

（1）已知每破坏1mol有关化学键需要的能量如下表：

H-H	N-H	N-N	N≡N
435.9kJ	390.8kJ	192.8kJ	945.8kJ

则△H=_____________。

（2）在不同温度、压强和相同催化剂条件下，初始时N2、H2分别为0.1mol、0.3mol时，平衡后混合物中氨的体积分数（φ）如图所示。

①其中，p1、p2和p3由大到小的顺序是________，其原因是__________。

②若分别用vA(N2)和vB(N2)表示从反应开始至达平衡状态A、B时的化学反应速率，则vA(N2)____vB(N2)（填“＞”“＜”或“=”）

③若在250℃、p1条件下，反应达到平衡时容器的体积为1L，则该条件下合成氨的平衡常数K=______________（保留一位小数）。

（3）H2NCOONH4是工业由氨气合成尿素的中间产物。在一定温度下、体积不变的密闭容器中发生反应：H2NCOONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)，能说明该反应达到平衡状态的是_____（填序号）。

①混合气体的压强不变 ④混合气体的平均相对分子质量不变

②混合气体的密度不变 ⑤NH3的体积分数不变 ③混合气体的总物质的量不变

Answer 1

【答案】-91.3kJ/mol p1＞p2＞p3 温度相同时，加压平衡正向移动，故压强越大平衡混合物中氨的体积分数越大 ＜ 5925.9L2/mol2 ①②③

【解析】

根据键能数据求反应热；根据平衡移动原理并结合图象分析有关的反应条件的大小关系；根据化学平衡状态的特征分析反应是否达到化学平衡。

（1）△H=反应物的键能总和-生成物的键能总和=435.9kJ/mol3+945.8kJ/mol-390.8kJ/mol6=-91.3kJ/mol。

（2）①由图象可知，在相同的温度下，平衡后混合物中氨的体积分数（φ），按p1、p2、p3顺序依次减小，由于该反应是一个气体分子数减小的反应，压强越大则氨的体积分数越大，因此p1、p2和p3由大到小的顺序是p1＞p2＞p3，其原因是：温度相同时，加压平衡正向移动，故压强越大平衡混合物中氨的体积分数越大。

②若分别用vA(N2)和vB(N2)表示从反应开始至达平衡状态A、B时的化学反应速率，由图象可知，A点的温度和压强均小于B点，则vA(N2)＜vB(N2)。

③若在250℃、p1条件下，反应达到平衡时容器的体积为1L，初始时N2、H2分别为0.1mol、0.3mol。设N2、H2的变化是分别为x和3x，则N2、H2的平衡量分别为(0.1mol-x)、(0.3mol-3x)，NH3的平衡量为2x，由于该条件下，在平衡混合物中氨的体积分数为66.7%，则有，解之得x=0.08mol，因为容器的体积为1L，所以合成氨的平衡常数K=5925.9L2/mol2。

（3）在一定温度下、体积不变的密闭容器中发生反应：H2NCOONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)。该反应是一个气体分子数增多的吸热反应。

①混合气体的压强不变，说明气体的分子数不变，达到平衡；

②反应过程中，不断有固体转化为气体，气体的质量增大，则气体的密度增大，故当混合气体的密度不变时，达到平衡；

③混合气体的总物质的量不变说明气体的分子数不变，达到平衡。

④因为反应物只有固体，所以混合气体的平均相对分子质量在反应开始后一直不变，故无法据此判断是否达到平衡；

⑤NH3的体积分数在反应混合气中是定值，无法据此判断是否达到平衡；

综上所述，能说明该反应达到平衡状态的是①②③。