Question

16．（1）液氨作为一种潜在的清洁汽车燃料已越来越被研究人员重视．它在安全性、价格等方面较化石燃料和氢燃料有着较大的优势．氨的燃烧实验涉及下列两个相关的反应：
①4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（l）△H₁
②4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H₂
则反应 4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）△H=$\frac{3△{H}_{1}+2△{H}_{2}}{5}$．（请用含有△H₁、△H₂的式子表示）
（2）若NH₃?$\frac{1}{2}$N₂+$\frac{3}{2}$H₂　K=a，则N₂+3H₂?2NH₃  K′=$\frac{1}{{a}^{2}}$．（用含a的式子表示）
（3）在体积为3L的恒容密闭容器中，合成氨N₂+3H₂?2NH₃实验，投入4mol N₂和9mol H₂在一定条件下合成氨，平衡时仅改变温度测得的数据如表所示：

温度（K）	平衡时NH3的物质的量（mol）
T1	2.4
T2	2.0

已知：破坏1mol N₂（g）和3mol H₂（g）中的化学键消耗的总能量小于破坏2mol NH₃（g）中的化学键消耗的能量．
①则T₁＜T₂（填“＞”、“＜”或“=”）
②在T₂下，经过10min达到化学平衡状态，则0～10min内H₂的平均速率v（H₂）=0.1mol•L^-1•min^-1，平衡时N₂的转化率α（N₂）=25%．
③下列图象分别代表焓变（△H）、混合气体平均相对分子质量（$\overline{M}$）、N₂体积分数φ（N₂）和气体密度（ρ）与反应时间的关系，其中正确且能表明该可逆反应达到平衡状态的是BC．

Answer 1

分析 （1）由①4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（l）△H₁
②4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H₂
结合盖斯定律可知，（①×3+②×2）×$\frac{1}{5}$得到4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）；
（2）相同温度下，同一反应的正、逆反应的平衡常数互为倒数；同一转化关系，化学计量数变为原的n倍，则化学平衡常数为原来的n次方倍，以此来解答；
（3）破坏1mol N₂（g）和3mol H₂（g）中的化学键消耗的总能量小于破坏2mol NH₃（g）中的化学键消耗的能量，则合成氨的反应为放热反应，
①由表格数据可知，T₁对应的氨气平衡时物质的量大，则T₁的温度低；
②T₂K下，经过10min达到化学平衡状态，则
        N₂+3 H₂?2NH₃，
开始 4      9      0
转化 1      3      2
平衡 3      6      2
结合v=$\frac{△c}{△t}$及转化率计算；
③焓变（△H）始终不变，混合气体平均相对分子质量为变量、N₂体积分数φ（N₂）为变量，气体密度（ρ）始终不变．

解答 解：（1）由①4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（l）△H₁
②4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H₂
结合盖斯定律可知，（①×3+②×2）×$\frac{1}{5}$得到4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l），则△H=$\frac{3△{H}_{1}+2△{H}_{2}}{5}$，
故答案为：$\frac{3△{H}_{1}+2△{H}_{2}}{5}$；
（2）若NH₃?$\frac{1}{2}$N₂+$\frac{3}{2}$H₂　K=a，则N₂+3H₂?2NH₃ K′=$\frac{1}{{a}^{2}}$，
故答案为：$\frac{1}{{a}^{2}}$；
（3）破坏1mol N₂（g）和3mol H₂（g）中的化学键消耗的总能量小于破坏2mol NH₃（g）中的化学键消耗的能量，则合成氨的反应为放热反应，
①由表格数据可知，T₁对应的氨气平衡时物质的量大，则T₁的温度低，则T₁＜T₂，
故答案为：＜；
②T₂K下，经过10min达到化学平衡状态，则
         N₂+3 H₂?2NH₃，
开始 4      9         0
转化 1      3         2
平衡 3      6        2
v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{3mol}{3L}}{10min}$=0.1mol•L^-1•min^-1，
平衡时N₂的转化率α（N₂）=$\frac{1}{4}$×100%=25%，
故答案为：0.1mol•L^-1•min^-1；25%；
③焓变（△H）始终不变，混合气体平均相对分子质量（$\overline{M}$）为变量、N₂体积分数φ（N₂）为变量，气体密度（ρ）始终不变，随反应进行，气体的物质的量减小，则 $\overline{M}$随时间增大而增大，直到达到平衡状态不变；N₂体积分数逐渐减小，到达到平衡状态不变，由图可知，正确且能表明该可逆反应达到平衡状态的为BC，
故答案为：BC．

点评 本题考查了盖斯定律的应用、化学平衡常数及计算，把握化学平衡常数的意义、化学反应的关系为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意反应中化学计量数的关系，题目难度中等．