Question

3．氨是氮循环过程中的重要物质，氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法．
（1）298.15K时，N₂、H₂与NH₃的平均能量与合成氨反应的活化能的曲线图如图1所示．

①写出合成氨反应的热化学方程式N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H═-92kJ/mol；
②在图中曲线b（填“a”或“b”）表示加入铁触媒的能量变化曲线，铁触媒能加快反应速率的原理降低反应所需的活化能，使活化分子数增多，活化分子百分数增多，单位时间内有效碰撞次数增多，速率增大；
（2）①一定温度下，向2L密闭容器中充入1molN₂和3molH₂，在某温度下发生如下反应：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），保持体积不变，0.5min后达到平衡，测得容器中有0.4mol NH₃，则用N₂的浓度变化表示的反应速率为0.2 mol•L^-1•min^-1．若升高温度，K值变化减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
②在恒容容器中，下列描述中能说明上述反应已达平衡的是BD．
A．3v（H₂）_正=2v（NH₃）_逆
B．单位时间内生成n mol N₂的同时生成2n molNH₃
C．容器内气体的密度不随时间的变化而变化
D．容器内压强不随时间的变化而变化
（3）根据反应N₂+3H₂?2NH₃的特点，在图2给出的坐标图中，画出其在1MPa和10MPa条件下H₂的转化率随温度变化的趋势曲线示意图，并标明各条曲线的压强．

Answer 1

分析 （1）①根据图1计算出反应热，写出热化学方程式．注意物质状态，反应热符号等；
②催化剂能降低反应的活化能；
（2）①根据氨气物质的量的变化计算氮气的物质的量的变化，结合反应速率v=$\frac{△c}{△t}$来计算即可；放热反应，温度升高，K减小；
②根据平衡状态的判断依据判断；只要满足正反应速率等于逆反应速率、各组分的浓度不随时间的变化而变化即可判断；
（3）增大压强，平衡向平衡向正反应方向移动，则CO的转化率增大，升高温度，平衡向逆反应方向移动，以此确定图象．

解答 解：（1）①由图1可知，1molN₂（g）与3molH₂（g）完全反应生成2molNH₃（g）的反应热为508kJ/mol-600kJ/mol=-92kJ/mol，
所以合成氨的热化学反应方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H═-92kJ/mol，故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H═-92kJ/mol；
②催化剂能降低反应的活化能，使活化分子数增多，活化分子百分数增多，单位时间内有效碰撞次数增多，速率增大b活化能较低，故答案为：b；降低反应所需的活化能，使活化分子数增多，活化分子百分数增多，单位时间内有效碰撞次数增多，速率增大；
（2）①0.5min后达到平衡，测得容器中有0.4mol NH₃，则消耗氮气的物质的量是0.2mol，用N₂的浓度变化表示的反应速率为$\frac{\frac{0.2mol}{2L}}{0.5min}$=0.2 mol•L^-1•min^-1，该反应放热的，所以温度升高，K减小，故答案为：0.2 mol•L^-1•min^-1；减小；
  ②A．3υ（H₂）_正=2υ（NH₃）_逆说明：v （NH₃）_逆：v （H₂）_正═3：2不等于对应化学计量数之比，即正反应速率不等于逆反应速率，故A错误；
B．单位时间内生成n mol N₂的同时生成2n molNH₃说明正反应速率等于逆反应速率，故B正确；
C．体积不变，气体的质量不变，密度也会不变，用密度不变无法区分非平衡状态和平衡状态，故C错误；
D．反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）是反应前后气体的总物质的量不相等的反应，当体积固定时，根据阿伏伽德罗定律可知，温度、体积相同时，气体的物质的量之比等于压强之比，容器内气压不随时间变化，说明气体的总物质的量不再发生变化，即说明可逆反应达到了化学平衡状态，故D正确．
故选BD；
（3）增大压强，平衡向平衡向正反应方向移动，则氢气的转化率增大，升高温度，平衡向逆反应方向移动，则氢气的转化率减小，图象可为：，故答案为：
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点评 本题考查化学反应速率、平衡常数、化学平衡计算、化学平衡的影响因素及读图能力等，综合性较大，难度中等，知识面广，应加强平时知识的积累．注意控制变量法与定一议二原则应用．