Question

4．合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义，对农业生产起着重要作用．
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₁
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（1）△H₂
4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（1）△H₃
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₄＜0
则△H₄=△H₁+3△H₂-$\frac{1}{2}$△H₃（用含△H₁、△H₂、△H₃的代数式表示）．
（2）在其他条件相同时，分别测定合成氨反应中N₂的平衡转化率随压强变化的曲线如图A、B所示，其中正确的是B（填“A”或“B”），其判断理由是合成氨反应为气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正移，反应物的转化率增大．

（3）在体积为2L的密闭容器中按物质的量1：3的比例充入N₂、H₂，进行下列四组合成氨实验：

组别	温度	N2起始量/mol	N2的物质的量/mol
			5（s）	10（s）	15（s）	20（s）	25（s）	30（s）	35（s）
Ⅰ	T1	0.1	0.094	0.089	0.085	0.0825	0.081	0.080	0.080
Ⅱ	T2	0.1	0.090	0.085	0.082	0.080	0.080	0.080	0.080
Ⅲ	T3	0.2	0.179	0.165	0.153	0.146	x	x	x
Ⅳ	T4	0.2	0.173	0.161	0.155	0.150	0.150	0.150	0.150

①实验Ⅰ前10秒的平均速率v（NH₃）=0.0011mol•L^-1•s^-1，T₁温度下合成氨反应的平衡常数K=$\frac{0.022}{0.04×0.123}$ （mol•L^-1）^-2（列出计算式）．
②与实验Ⅰ相比，实验Ⅱ改变了一个条件，该条件可能是加催化剂．
③与实验I相比，实验Ⅲ中N₂的平衡转化率增大（填“增大”、“减小”或“不变”），平衡常数K不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．
④实验Ⅲ与实验Ⅳ的反应条件温度不同，则T₁小于（填“大于”、“小于”或“等于”）T₂，原因是T₂时的平衡常数小于T₁时的平衡常数且正反应放热．

Answer 1

分析 （1）知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₁
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（1）△H₂
③4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（1）△H₃
根据盖斯定律，①+3×②-$\frac{1}{2}$×③得到N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），据此计算反应的焓变；
（2）合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率减小；增大压强平衡正向移动，转化率增大；
（3）①实验Ⅰ前10秒的平均速率v（N₂）=$\frac{△c}{△t}$，物质表示的反应速率之比等于系数之比；合成氨反应的平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，据此计算；
②催化剂只能加快反应速率不会引起K的变化；
③根据温度对平衡移动的影响知识来回答；
④对于放热反应，升高温度，K减小，对于吸热反应，温度升高，K增大．

解答 解：（1）知：①N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H₁
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（1）△H₂
③4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（1）△H₃
根据盖斯定律，①+3×②-$\frac{1}{2}$×③得到N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），△H₄=△H₁+3△H₂-$\frac{1}{2}$△H₃；故答案为：△H₁+3△H₂-$\frac{1}{2}$△H₃；
（2）合成氨反应为气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正移，反应物的转化率增大，所以图B正确；
故答案为：B；合成氨反应为气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正移，反应物的转化率增大；
（3）①实验Ⅰ前10秒的平均速率v（N₂）=$\frac{\frac{0.1mol-0.089mol}{2L}}{10s}$=0.00055mol/（L•s），v（N₂）：v（NH₃）=1：2，所以v（NH₃）=0.0011mol/（L•s），N₂+3H₂?2NH₃
初始浓度：0.05    0.15     0
变化浓度：0.01      0.03     0.02
平衡浓度：0.04     0.12      0.02
化学平衡常数K=$\frac{0.0{2}^{2}}{0.04×0.1{2}^{3}}$（mol•L^-1）^-2；故答案为：0.0011；$\frac{0.0{2}^{2}}{0.04×0.1{2}^{3}}$（mol•L^-1）^-2；

②实验Ⅱ和实验Ⅰ的温度一样，但是反应速率加快，所以反应是加入了催化剂，故答案为：加催化剂；
③温度不变，K不变，实验Ⅲ相当于在实验Ⅰ的基础上增加压强，平衡正向移动，氮气的转化率增加，故答案为：增大；不变；
④N₂+3H₂?2NH₃
初始浓度：0.1      0.3       0
变化浓度：0.025  0.075    0.05
平衡浓度：0.075     0.225   0.05
该温度下K=$\frac{0.0{5}^{2}}{0.075×0.22{5}^{3}}$=2.93，要比实验Ⅰ温度下的平衡常数小，该温度下速率加快，应该是升温，但是平衡常数减小，所以反应放热，
故答案为：小于；T₂时的平衡常数小于T₁时的平衡常数且正反应放热．

点评 本题考查了平衡移动原理的应用、盖斯定律的应用、平衡常数的应用等，题目难度中等，侧重于基础知识的综合应用考查，注意把握影响化学平衡的因素．