Question

【题目】合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，对社会发展与进步作出了巨大贡献。

（1）450℃时，在一个体积为2L的恒容密闭容器中充入0.4 mol N2和0.6 mol H2（10min时改变某一条件），测得反应过程中N2、H2和NH3的物质的量随时间变化如下表：

时间 物质的量	5 min	10 min	15 min	20 min	25 min
n(N2)/mol	0.36	0.35	0.275	0.25	0.25
n(H2)/mol	0.48	0.45	0.225	0.15	0.15
n(NH3)/mol	0.08	0.1	0.25	0.30	0.30

①5～10 min内，生成NH3的平均反应速率是_______ mol/(L·min)。

②下列能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据是_______（填字母序号）。

A．v(N2)正=3v(H2)逆 B．容器内压强保持不变

C．容器内混合气体的密度保持不变 D．容器内混合气体的平均相对分子量不变

③第10 min时改变的条件是使用了高效催化剂，理由是_______。

（2）合成氨的反应原理为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH。

相关化学键键能数据如下：

化学键	H—H	N≡N	N—H
E /（kJ/mol）	436	946	391

由此计算ΔH=_______kJ/mol，低温下，合成氨反应_______（填“能”或“不能”）自发进行。已知合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的活化能Ea1=499kJ/mol，由此计算氨分解反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能Ea2=_______kJ/mol。

（3）已知：氨在某催化剂催化氧化过程中主要有以下两个竞争反应：

反应Ⅰ：4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g) △H =﹣906kJ/mol

反应II：4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) △H =﹣1267kJ/mol

①该条件下，N2(g)+O2(g)2NO(g) △H = _______kJ/mol

②为分析催化剂对反应的选择性，在1 L密闭容器中充入1 mol NH3和2 mol O2，测得有关物质的物质的量随温度变化如图所示。

该催化剂在较低温度时主要选择反应_______（填“反应Ⅰ”或“反应II”）。520℃时，反应Ⅰ的平衡常数K=_______（只列算式不计算）。

Answer 1

【答案】 0.002 BD 10～15min与5～10min相比较，三种气体物质的速率均增大，且增大相同倍数 -92 能 591 180.5 反应Ⅱ

【解析】本题主要考查影响化学平衡的外界条件、有关反应热的计算机平衡状态的判断、反应速率和平衡常数的计算等。

（1）①5～10 min内，生成NH3的平均反应速率是0.02/2/5 mol/(L·min)=0.002mol/(L·min)。

②A．v(N2)正=1/3v(H2)正=3v(H2)逆，故A 不能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据;B．该反应气体物质的量减小，随着反应进行气体物质的量发生变化，使得压强发生变化，当容器内压强保持不变时，表明反应达到平衡状态，故B能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据；C．气体质量不变，体积不变，容器内混合气体的密度一直保持不变 ，故C不能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据；D．气体质量不变，随着反应进行，气体物质的量发生变化，使得混合气体的平均相对分子质量发生变化，当容器内混合气体的平均相对分子量不变时，表明反应达到平衡状态，故D能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据。故选BD。

③第10 min时改变的条件是使用了高效催化剂，理由是10～15min与5～10min相比较，三种气体物质的速率均增大，且增大相同倍数。

（2）ΔH=反应物键能-生成物键能=(3×436+946-6×391)kJ/mol=-92kJ/mol，低温下，合成氨反应T△S绝对值较小，△H–T△S＜0，该反应能自发进行。正逆反应活化能的差值等于反应热。已知合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的活化能Ea1=499kJ/mol，由此计算氨分解反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的活化能Ea2=(499+92)kJ/mol=591kJ/mol。

（3）①该条件下，(反应I-反应II)/2得N2(g)+O2(g)2NO(g) △H = 180.5kJ/mol

②为分析催化剂对反应的选择性，在1 L密闭容器中充入1 mol NH3和2 mol O2，

该催化剂在较低温度时主要选择反应反应II。520℃时，各物质平衡浓度为c(NO)= c(N2)=0.2mol/L，c(NH3)=(1-0.2-0.4)mol/L=0.4mol/L，c(H2O)=1.5(0.2+0.4)mol/L=0.9mol/L，c(O2)=(2-0.1-0.45)mol/L=1.45mol/L，反应Ⅰ的平衡常数K==。