Question

9．有实验报道：在常温、常压、光照条件下，N₂在催化剂（掺有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面与水蒸气发生反应，生成的产物为NH₃，该反应的热化学方程式如下：2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=akJ/mol，回答下列问题：
（1）在光照，恒容的密闭容器中，测得在不同温度下反应中NH₃物质的量随时间变化如图1所示，则该反应的T₁、T₂、T₃之间的大小关系为T₁＞T₂＞T₃，合成反应的a＞0（填“＞”、“＜”或“=”）
（2）在一固定体积的容器中进行如上实验，能说明该反应己经达到平衡的是ac
a．单位时间内生成1molN₂同时生成2molNH₃
b．混合气体的密度保持不变
c．体系中压强保持不变
d．各物质的浓度之比为2：6；4：3
（3）某温度下，往一密闭容器中通入一定量的N₂和H₂O，请在图2中画出在不同压强P₁、P₂（P₁＞P₂）下的N₂的物质的量随时间的变化关系图．
（4）目前工业常使用N₂和H₂来合成氨气，已知2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ/mol，请写出工业合成氨的热化学方程式：N₂（g）+3H₂（g）=NH₃（g）△H=（a-1452）KJ/mol
（5）500℃下，在一容积为1.0L的密闭容器中，通入0.60molN₂和1.8molH₂，反应在一定条件下达到平衡时，NH₃的物质的量分数为20%，计算此时N₂的转化率（写出计算方程，计算结果保留两位有效数字．

Answer 1

分析 （1）先拐先平温度高，T₁＞T₂＞T₃，温度越高氨气物质的量越大；
（2）化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不再改变，由此衍生的一些物理量也不变，结合反应的特点进行分析；
（3）某温度下，往一密闭容器中通入一定量的N₂和H₂O，反应前后气体体积减小，压强越大氮气物质的量越小，但反应速率大，达到平衡所需时间短，据此画出变化图象；
（4）依据热化学方程式和盖斯定律计算，
①2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=akJ/mol，
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ/mol，
（①+②×3）×$\frac{1}{2}$得到合成氨的热化学方程式．

解答 解：（1）图象分析可知，先拐先平温度高，T₁＞T₂＞T₃，温度越高氨气物质的量越大说明反应是吸热反应，反应焓变大于0，
故答案为：T₁＞T₂＞T₃；＞；
（2）化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不再改变，由此衍生的一些物理量也不变，2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=akJ/mol，反应是气体体积减小的吸热反应，
a．单位时间内生成1molN₂同时生成2molNH₃ ，说明咱反应速率相同，反应达到平衡状态，故a正确；
b．气体质量和体积不变，混合气体的密度始终保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故b错误；
c．反应前后气体体积发生变化，体系中压强保持不变说明反应达到平衡状态，故c正确；
d．各物质的浓度之比为2：6；4：3是反应比等于化学方程式计量数之比，但不能说明反应达到平衡状态，故d错误；
故答案为：ac；
（3）某温度下，往一密闭容器中通入一定量的N₂和H₂O，反应前后气体体积减小，压强越大氮气物质的量越小，但反应速率大，达到平衡所需时间短，图象变化为：，
故答案为：；
（4）①2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=akJ/mol，
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-484kJ/mol，
（①+②×3）×$\frac{1}{2}$得到合成氨的热化学方程式；N₂（g）+3H₂（g）=NH₃（g）△H=（a-1452）KJ/mol，
 故答案为：N₂（g）+3H₂（g）=NH₃（g）△H=（a-1452）KJ/mol；
（5）500℃下，在一容积为1.0L的密闭容器中，通入0.60molN₂和1.8molH₂，反应在一定条件下达到平衡时，设消耗氮气物质的量为x，结三行计算列式，
              N₂（g）+3H₂（g）=NH₃（g）
起始量（mol） 0.60    1.80      0
变化量（mol） x       3x        2x
平衡量（mol）0.60-x   1.80-3x    2x
NH₃的物质的量分数为20%，$\frac{2x}{0.60+1.80-2x}$=20%
x=0.2mol
此时N₂的转化率=$\frac{0.2mol}{0.60mol}$×100%=33%，
答：此时N₂的转化率33%．

点评 本题考查了化学平衡状态、化学反应速率、平衡计算和影响因素分析、热化学方程式书写等知识点，注意图象的绘制是依据化学平衡移动原理和反应特征进行，掌握基础是解题关键，题目难度中等．