题目内容

15．氨的合成原理为：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）；△H=-92.4KJ•mol-1．现在500℃、20MPa时，将N2、H2置于一个容积为2L的密闭容器中发生反应，反应过程中各物质的物质的量变化如图．
回答下列问题：
（1）10min内以NH3表示的平均反应速率0.005mol/（L．min）；
（2）在10～20min内：NH3浓度变化的原因可能是A；
A．加了催化剂   B．缩小容器体积
C．降低温度     D．增加NH3物质的量
（3）第1次平衡的时间范围为：20-25min，第1次平衡：平衡常数K1=$\frac{（\frac{0.3mol}{2L}）^{2}}{（\frac{0.25mol}{2L}）（{\frac{0.15mol}{2L}）}^{3}}$（带数据的表达式），
（4）在反应进行至25min时：
①曲线发生变化的原因：分离出0.1molNH3
②达第二次平衡时，新平衡的平衡常数K2等于 K1（填“大于”、“等于”、“小于”）；
（5）根据最新“人工固氮”的研究报道，在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂（掺有少量Fe2O3的TiO2）表面与水发生下列反应：
N2（g）+3H2O（1）?2NH3（g）+$\frac{3}{2}$O2（g）；△H=a kJ•mol-1
进一步研究NH3生成量与温度的关系，常压下达到平衡时测得部分实验数据如下表：
T/K303313323
NH3生成量/（10-6mol）4.85.96.0
①此合成反应的a＞0；△S＞0，（填“＞”、“＜”或“=”）
②已知：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92.4kJ•mol-1
2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）=-571.6kJ•mol-1
则常温下氮气与水反应生成氨气与氧气的热化学方程式为：2N2（g）+6H2O（l）=4NH3（g）+3O2（g）△H=+1536kJ•mol-1．

分析 （1）根据反应速率）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$计算；
（2）根据图象知，平衡向正反应方向移动，10min时是连续的，三种气体物质的速率增加倍数相同，说明为使用催化剂；
（3）达到平衡状态时，物质的量不变，以此判断达到平衡的时间段，化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比；
（4）25分钟，NH3的物质的量突然减少，而H2、N2的物质的量不变，说明应是分离出NH3；平衡常数只受温度的影响，据此判断；
（5）①由表中数据可知，升高温度，NH3生成量增大，说明平衡向正反应方向移动，结合反应方程式中各物质的聚集状态解答；
②已知：①N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92.4kJ•mol-1②2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=-571.6kJ•mol-1，则利用盖斯定律，将①×2-②×3可得常温下氮气与水反应生成氨气与氧气的热化学方程式．

解答 解：（1）根据反应速率v（NH3）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{（0.1-0）mol}{2L}}{10min}$=0.005mol/（L．min），
故答案为：0.005mol/（L．min）；
（2）由图象可知各组分物质的量变化增加，且10min时变化是连续的，20min达平衡时，△n（N2）=0.025mol×4=0.1mol，
△n（H2）=0.025mol×12=0.3mol，△n（NH3）=0.025mol×8=0.2mol，物质的量变化之比等于化学计量数之比，三种气体物质的速率增加倍数相同，说明10min可能改变的条件是使用催化剂，缩小体积相当于增大压强，应该反应物的速率增加倍数大，降低温度，应该反应速率减小，增加NH3物质的量，逆反应速率增加的倍数大，故只有使用催化剂符合，
故选A；
（3）由图象可以看出，当反应进行到时20-25min，各物质的量不变，说明反应达到平衡状态，化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，由图象可知，20min达平衡时，n（N2）=0.025mol×10=0.25mol，n（H2）=0.025mol×6=0.15mol，n（NH3）=0.025mol×12=0.3mol，所以所以其平衡常数K=$\frac{C{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{C（N{\;}_{2}）C{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{（\frac{0.3mol}{2L}）^{2}}{（\frac{0.25mol}{2L}）（{\frac{0.15mol}{2L}）}^{3}}$，
故答案为：20-25min，$\frac{（\frac{0.3mol}{2L}）^{2}}{（\frac{0.25mol}{2L}）（{\frac{0.15mol}{2L}）}^{3}}$；
（4）第25分钟，NH3的物质的量突然减少，而H2、N2的物质的量不变，说明应是分离出NH3；由图象可以看出，当反应进行到时35-40min，各物质的量不变，说明反应达到第二次平衡状态，平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，所以抽去0.1mol氨，此时平衡常数K将不变；
故答案为：①分离出0.1molNH3；②等于；
（5）①由表中数据可知，升高温度，NH3生成量增大，说明平衡向正反应方向移动，则正反应应为吸热反应，a＞0，由方程式可知反应生成气体的物质的量增多，则△S＞0，
故答案为：＞；＞；
②已知：①N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92.4kJ•mol-1②2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=-571.6kJ•mol-1
则利用盖斯定律，将①×2-②×3可得常温下氮气与水反应生成氨气与氧气的热化学方程式为2N2（g）+6H2O（l）=4NH3（g）+3O2（g）
△H=2×（-92.4kJ•mol-1）-3×（-571.6kJ•mol-1）=+1536kJ•mol-1，
故答案为：2N2（g）+6H2O（l）=4NH3（g）+3O2（g）△H=+1536kJ•mol-1．

点评 本题考查热化学方程式的书写、反应热的计算、化学平衡的计算、平衡移动以及平衡状态的判断，注意对图象的分析，是高考中的常见题型，试题基础性强，题目难度中等．

练习册系列答案
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回答下列有关问题：
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