Question

11．合成氨工业用氢和氮在催化剂作用下直接合成，如表表示在一定温度和压强作用下达到动态平稳时氨的含量．
达到平稳时混合气体中氨的含量（体积百分比）（氮气和氢气的体积比是1：3）

	100	200	300	600	1000
200	81.5	86.4	89.9	95.4	98.8
300	52.0	64.2	71.0	84.2	92.6
400	25.1	38.2	47.0	65.2	79.8
500	10.6	19.1	26.4	42.2	57.5

如图是一透热性能很好的坚固容器，活塞C可左右移动．其总体积为44.8L，现将400℃、300大气压的氢气33.6L和400℃、300大气压的氮气11.2L充入容器中，当两者反应达到动态平稳时，若保持混合气体的温度和压强仍为400℃和300大气压，求：
（1）容器是向外界放热，还是吸热？为什么？
（2）试计算充入容器中氮气质量是多少克？
（3）活塞C要向左侧移动的距离与容器全长之比是多少？

Answer 1

分析 （1）合成氨为放热反应，若保持混合气体的温度和压强仍为400℃和300大气压，则容器必须向外界放热；
（2）由PV=nRT计算氮气的物质的量，进而计算质量；
（3）平衡时氨气的含量为47.0%，结合方程式计算反应后的体积，进而计算活塞C要向左侧移动的距离与容器全长之比．

解答 解：（1）由表中数据可知升高温度氨气的含量降低，则合成氨为放热反应，若保持混合气体的温度和压强仍为400℃和300大气压，则容器必须向外界放热，
答：容器是向外界放热，因为该反应是放热反应，若保持反应时温度不变，容器必须向外界放热；
（2）400℃和300大气压时，R=0.082，则n=$\frac{300×11.2}{0.082×673}$mol，则m=$\frac{300×11.2}{0.082×673}$mol×28g/mol=1.7×10³g，
答：充入容器中氮气质量是1.7×10³g；
（3）反应的化学方程式为N₂+3H₂=2NH₃，设生成2VLNH₃，
         N₂+3H₂=2NH₃，
起始11.2L  33.6L    0
转化 V       3V            2V
平衡 11.2-V 33.6-3V   2V
$\frac{2V}{44.8-2V}$=0.47，
2V=10.53，
则反应后的体积为44.8L-10.53L=34.27L，
活塞C向左移动距离与活塞全长之比为$\frac{44.8-34.27}{44.8}$=0.24，
答：活塞C向左移动距离与活塞全长之比为0.24．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，侧重考查学生的分析、计算能力，题目考查类型比较陌生，为竞赛类题目，注意中学相关学科的知识的综合运用，难度中等．