Question

可逆反应N₂+3H₂2NH₃是工业上合成氨的重要反应．

（1）根据图1请写出合成氨的热化学方程式______（热量用E₁、E₂或E₃表示）
（2）图1中虚线部分是通过改变化学反应中的______条件，请解释原因______．
（3）当反应达到平衡位置时不断改变条件（不改变N₂、H₂和NH₃的量），图2表示反应速率与反应过程的关系，其中表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段时间是______
（4）在一定温度下，若将4a mol H₂和2amol N₂放入2L的密闭容器中，充分反应后测得N₂的转化率为50%，则该反应的平衡常数为______．若此时再向该容器中投入a mol H₂、amol N₂和2amol NH₃，判断平衡移动的方向是______（“正向移动”“逆向移动”或“不移动”）
（5）将上述实验中产生的NH₃通入到0.04mol?L^-1的FeCl₃溶液中，要使溶液中Fe³⁺沉淀较完全（即Fe³⁺浓度降至原来的千分之一），则溶液的pH为______（已知常温下，Fe（OH）₃的溶度积常数Ksp=4×10^-38）

Answer 1

【答案】分析：（1）由图1可知反应物的总能量大于生成物的总能量，则该反应为放热反应，生成1mol氨气时放出的热量为（E₃-E₁）kg，然后利用化学计量数与反应热的关系并标明物质的状态来书写热化学反应方程式；
（2）根据图1中虚线部分降低了反应所需的活化能，但反应热不变来分析；
（3）根据温度、催化剂、压强对反应速率和化学平衡的影响来分析平衡混合物中NH₃的含量；
（4）利用三段法计算出平衡时各物质的浓度，再计算K，然后利用Q与K的关系来分析平衡的移动；
（5）由常温下，Fe（OH）₃的溶度积常数Ksp=4×10^-38及Fe³⁺沉淀较完全（即Fe³⁺浓度降至原来的千分之一）来计算．
解答：解：（1）由图可知该反应为放热反应，且生成1mol生成物放出的热量为（E₃-E₁）kg，则生成2mol生成物放热为2（E₃-E₁）kg，即
该反应的热化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）△H=2（E₁-E₃）或-2（E₃-E₁）kg/mol，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）△H=2（E₁-E₃）或-2（E₃-E₁）kg/mol； 
（2）图1中虚线部分改变了反应的途径，从而降低了反应所需的活化能，但反应热不变，则改变的条件应为催化剂，
故答案为：催化剂；因为催化剂能改变反应的路径，使发生反应所需的活化能降低；
（3）由图2可知，t₁-t₂时应为升高温度使逆反应速率增大，化学平衡逆向移动，NH₃的含量减少；t₂-t₃时为平衡状态，含量不变；t₃-t₄时应为催化剂对化学反应的影响，反应速率增大，但化学平衡不移动；t₄-t₅时应为减小压强对反应的影响，减小压强化学平衡逆向移动，NH₃的含量减少，即t-t₁时NH₃的含量最大，故答案为：t-t₁；
（4）由4amolH₂和2amolN₂放入2L的密闭容器中，充分反应后测得N₂的转化率为50%，则
     N₂+3H₂2NH₃
开始 a   2a
转化0.5a  1.5a       a 
平衡0.5a   0.5a      a
K==，
若此时再向该容器中投入amolH₂、amolN₂和2amolNH₃，
则Q==＜K，则化学平衡正向移动，故答案为：；正向移动；
（5）Fe³⁺沉淀较完全时，Fe³⁺浓度为0.04mol/L×10^-3=4×10^-5mol/L，
由常温下，Fe（OH）₃的溶度积常数Ksp=4×10^-38，
则c（OH^-）==10^-11，
故c（H⁺）=10^-3，所以pH=3，故答案为：3．
点评：本题考查化学反应速率及化学平衡与图象的关系，明确常见影响反应速率及化学平衡的影响因素即可解答，学生应学会利用Q与K的关系来判断反应进行的方向，本题中（4）、（5）是学生解答的难点．