Question

11．1902年德国化学家哈伯研究出合成氨的方法．
（1）某温度时，N₂与H₂反应（可逆反应）过程中的能量变化如图1所示．

①写出合成氨的热化学方程式N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92KJ/mol．
②下列叙述正确的是abc．
A．b曲线是加入催化剂时的能量变化曲线
B．在密闭容器中加入28gN₂、6gH₂，充分反应放出的热量小于92kJ
C．由图可知，断开1molN≡N键与3molH-H键吸收的能量和小于形成6molN-氮氢键所放出的能量
D．反应物的总能量低于生成物的能量
（2）在一容积为4L的密闭容器中，加入0.4molN₂和1.2molH₂，在一定条件下发生反应，反应中NH₃的物质的量浓度变化情况如图2所示．据图计算从反应开始到平衡时，平均反应速率?（H₂）为0.0375mol/（L•min），平衡时，c（N₂）为0.05mol/L．
（3）哈伯因证实N₂、H₂在固体催化剂（Fe）表面吸附和解吸以合成氨的过程而获诺贝尔奖．若用分别表示N₂、H₂、NH₃和固体催化剂，则在固体催化剂表面合成氨的过程可用如图表示．吸附后，能量状态最高的是B （填字母序号）．

Answer 1

分析 （1）①△H=放出的能量-吸收的能量；
②合成氨的反应为可逆反应，不能进行彻底，且为放热反应，使用催化剂能降低正逆反应的活化能，据此分析；
（2）根据v（H₂）=$\frac{3}{2}$c（NH₃）进行计算；
（3）化学键的断裂要吸收能量，且该反应放热．

解答 解：（1）①△H=放出的能量-吸收的能量=508KJ/mol-600KJ/mol=-92KJ/mol，故热化学方程式为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92KJ/mol，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92KJ/mol；
②A．使用催化剂能降低正逆反应的活化能，但不能改变反应的热效应，故b曲线是加入催化剂时的能量变化曲线，故a正确；
B．由于合成氨的反应为可逆反应，不能进行彻底，故在密闭容器中加入28gN₂、6gH₂，充分反应放出的热量小于92kJ，故b正确；
C．由图可知，断开1molN≡N键与3molH-H键吸收的能量和为508KJ，小于形成6molN-氮氢键所放出的能量600KJ，故c正确；
D．由图可知，反应物的总能量高于生成物的能量，反应放热，故d错误．
故选abc；
（2）根据图象分析平衡时氨气的浓度为0.1mol/L，时间为4min，所以依据速率之比等于系数之比得到：v（H₂）=v（NH₃）=$\frac{3}{2}$×$\frac{0.1mol/L}{4min}$=0.0375 mol/（L•min）；平衡时氨气的浓度为0.1mol/L，即△c（NH₃）=0.1mol/L，而浓度的该变量之比等于计量数之比，故△c（N₂）=0.05mol/L，而氮气的初始浓度为0.1mol/L，故平衡时，c（N₂）为0.05mol/L．
故答案为：0.0375；0.05mol/L；
（3）由于化学键的断裂要吸收能量，故活化状态B的能量高于初始状态A的能量，而此反应为放热反应，故初始状态A的能量高于末态C的能量，故B的能量最低高，
故答案为：B．

点评 本题考查热化学方程式的书写、化学反应速率的计算等知识点，为高频考点，明确化学反应原理是解本题关键，侧重考查学生分析计算能力，难点是反应速率，题目难度中等．