Question

合成氨工业的核心反应是N₂（g）+3H₂（g）

催化剂

高温高压

2NH₃（g）△H=Q kJ/mol．反应过程中能量变化如图所示，回答下列问题：
（1）在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E₁和E₂的变化是：E₁

 

，E₂

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）在500℃、2×10⁷Pa和催化剂条件下向一密闭容器中充入0.5molN₂和1.5molH₂，充分反应后，放出的热量

 

（填“＜”、“＞”或“=”）46.2kJ．
（3）关于该反应的下列说法中，正确的是

 

．
A、△H＞0，△S＞0          B、△H＞0，△S＜0
C、△H＜0，△S＞0          D、△H＜0，△S＜0
（4）将一定量的H₂（g）和N₂（g）放入1L密闭容器中，在500℃、2×10⁷Pa下达到平衡，测得N₂为0.10mol，H₂为0.30mol，NH₃为0.10mol．则该条件下达到平衡时H₂转化为NH₃的转化率为

 

．该温度下的平衡常数K的值为

 

．若升高温度，K值

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（5）在上述（4）反应条件的密闭容器中，欲提高合成氨的转化率，下列措施可行的是

 

（填字母）．
A、向容器中按原比例再充入原料气
B、向容器中再充入惰性气体
C、改变反应的催化剂
D、分离出氨．

Answer 1

考点：反应热和焓变,焓变和熵变,化学平衡的影响因素,化学平衡的调控作用

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）加入催化剂，降低反应的活化能，但反应热不变；
（2）根据可逆反应的特点分析；
（3）依据反应特征分析，反应放热反应焓变小于0，熵变小于0；
（4）根据化学方程式，依据化学平衡三段式列式进行计算，根据转化率=

消耗量

起始量

×100%，依据平衡常数概念计算得到；
（5）根据化学平衡移动原理的有关知识来回答；

解答： 解：（1）加入催化剂，降低反应的活化能，则E₁和E₂都减小，但活化能之差不变，则反应热不变，故答案为：减小，减小；
（2）当0.5mol N₂和1.5mol H₂完全反应时，才能放出46.2kJ的热量，但反应为可能反应，不能完全进行，则密闭容器中充入0.5mol N₂和1.5mol H₂，充分反应后，放出的热量小于46.2kJ，
故答案为：＜；
（3）N₂（g）+3H₂（g）

催化剂

高温高压

2NH₃（g）△H=Q kJ/mol，反应是气体体积减小的放热反应，反应的焓变△H＜0，△S＜0；
故答案为：D．
（4）根据化学方程式和三段式列式计算：
          N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
初始浓度； 0.6     0.45      0
变化浓度：0.5     0.15    0.1
平衡浓度：0.1     0.3      0.1
该条件下H₂的转化率=

0.15mol/L

0.45mol/L

×100%≈33.3%，
平衡常数K=

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

=

0．12

0.1×0．33

=3.7（L/mol）²
反应是放热反应，升温平衡逆向进行，平衡常数减小；
故答案为：33.3%；3.7（L/mol）²；减小；
（5）根据化学平衡：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），反应是气体体积减小的放热反应，欲提高 H₂的转化率，平衡正向进行；
A．向容器中按原比例再充入原料气，则压强增大，平衡向右移动，氢气的转化率增大，故A正确；
B．向容器中再充入惰性气体，则各组分浓度不变，平衡不移动，氢气的转化率不变，故B错误；
C．改变反应的催化剂，不影响平衡的移动，氢气的转化率不变，故C错误；
D．液化生成物分离出氨，平衡向右移动，氢气的转化率增大，故D正确；
故选AD．

点评：本题考查平衡常数即影响因素、化学反应速率、影响化学平衡的元素与平衡状态的判断等，难度中等，注意平衡状态判断选择判断的物理量，应随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态，属于综合的考查，注意知识的归纳和整理是解题关键．