题目内容

13.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表:
T/K303313323
NH3生成量/(10-6mol)4.85.96.0
此合成反应的a>0;△S>0,(填“>”、“<”或“=”).

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)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.

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,
故答案为: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=$\frac{{c}^{2}(N{H}_{3})}{c({N}_{2}){c}^{3}({H}_{2})}$=$\frac{(\frac{0.3mol}{2L})^{2}}{\frac{0.25mol}{2L}×(\frac{0.15mol}{2L})^{3}}$,
故答案为:20-25min,$\frac{(\frac{0.3mol}{2L})^{2}}{\frac{0.25mol}{2L}×(\frac{0.15mol}{2L})^{3}}$;
(4)①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,
故答案为:分离出0.1molNH3;
②平衡常数随温度变化,温度不变此时平衡常数K将不变;
故答案为:等于;
(5)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:>;>.

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.

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