Question

2．1909年化学家哈伯在实验室首次合成了氨．2007年化学家格德•埃特尔在哈伯研究所证实了氢气与氮气在固体表面合成氨的反应过程，示意如下图：

（1）图⑤表示生成的NH₃离开催化剂表面，图②和图③的含义分别是N₂、H₂被吸附在催化剂表面，在催化剂表面N₂、H₂中化学键断裂．
（2）已知：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）；△H=-1266.8kJ/mol
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）；△H=+180.5kJ/mol，
氨催化氧化的热化学方程式为4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8kJ/mol．
（3）500℃下，在A、B两个容器中均发生合成氨的反应．隔板Ⅰ固定不动，活塞Ⅱ可自由移动．

①当合成氨在容器B中达平衡时，测得其中含有1.0molN₂，0.4molH₂，0.4molNH₃，此时容积为2.0L．则此条件下的平衡常数为10；保持温度和压强不变，向此容器中通入0.36molN₂，平衡将逆向（填“正向”、“逆向”或“不”）移动．
②向A、B两容器中均通入xmolN₂和ymolH₂，初始A、B容积相同，并保持温度不变．若要平衡时保持N₂在A、B两容器中的体积分数相同，则x与y之间必须满足的关系式为x=y．

Answer 1

分析 （1）图②是表示N₂、H₂被吸附在催化剂的表面；图③则表示在催化剂表面，N₂、H₂中的化学键断裂；
（2）利用盖斯定律，把第二个热化学方程式两边扩大2倍，然后两个方程式相加就可以得到氨催化氧化的热化学方程式；
（3）①依据平衡常数概念计算，用平衡浓度的幂次方乘积除以反应物平衡浓度的幂次方乘积；依据计算的浓度商和平衡常数比较分析判断反应进行的方向；
②依据化学平衡三段式列式计算A的体积分数相等列式计算．

解答 解：（1）分析题中图可以知道，图②表示N₂、H₂被吸附在催化剂表面，而图③表示在催化剂表面，N₂、H₂中化学键断裂，
故答案为：N₂、H₂被吸附在催化剂表面；在催化剂表面，N₂、H₂中化学键断裂；
（2）已知：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1 266.8kJ/mol  ①
N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+1 80.5kJ/mol                          ②
①+②×2得：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8kJ/mol
故答案为：4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.8kJ/mol；
（3）①若在某件下，反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）在容器B中达到平衡，测得容器中含有1.0mol N₂，0.4mol H₂，0.4mol NH₃，此时容积为2.0L．则此条件下的平衡常数K=$\frac{（\frac{0.4mol}{2L}）^{2}}{\frac{1mol}{2L}×（\frac{0.4mol}{2L}）^{3}}$=10；
保持温度和压强不变，向此容器内通入0.36mol N₂，此时容器体积为2.4L，所以Q_（c）=$\frac{（\frac{0.4}{2.4}）^{2}}{\frac{1.36}{2.4}×（\frac{0.4}{2.4}）^{3}}$=10.6＞10，反应逆向进行；
故答案为：10； 逆向；
②向A、B两容器中均通入x mol N₂和y mol H₂，初始A、B容积相同，并保持温度不变．设A容器中消耗N₂物质的量amol，B容器中消耗N₂物质的量为bmol，
A容器中           N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
起始量（mol）      x       y       0
变化量（mol）      a       3a      2a
平衡量（mol）     x-a     y-3a     2a
B容器中           N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
起始量（mol）      x       y       0
变化量（mol）      b       3b     2b
平衡量（mol）     x-b     y-3b     2b
若要平衡时保持N₂气体在A、B两容器中的体积分数相等，$\frac{x-a}{x+y-2a}$=$\frac{x-b}{x+y-2b}$，x：y=（b-a）：（b-a），则x：y=1：1，
则起始通入容器中的N₂的物质的量x mol与B的物质的量y mol之间必须满足的关系式为x=y=1，
故答案为：x=y．

点评 本题主要考查了反应原理、热化学方程式的书写、平衡移动的判断、等效平衡的应用等知识点，中等难度，注意等效平衡原理的应用．