Question

7．工业上用N₂和H₂ 合成NH₃“N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H＜0”，而氨又可以进一步制备硝酸，在工业上一般可进行连续生产．请回答下列问题：

（1）已知：N₂（g）+O₂（g）=2NO（g）△H=+a kJ•mol^-1
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-b kJ•mol^-1
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-c kJ•mol^-1（a、b、c均为正值）
若有34g 氨气经催化氧化完全生成一氧化氮气体和水蒸气所放出的热量为$\frac{1}{2}$（2a-2b+3c）kJ．
（2）合成NH₃达到平衡后，某时刻改变下列条件A，在达到新平衡的过程中正反应速率始终增大．
A．升温       B．加压       C．增大c（N₂）          D．降低c（NH₃）
（3）某科研小组研究：在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对合成NH₃反应的影响．实验结果如图1所示：（图中T表示温度，n表示起始时H₂物质的量）
①图象中T₂和T₁的关系是：T₂＜T₁（填“＞”、“＜”、“=”或“无法确定”）．
②比较在a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N₂的转化率最大的是c（填字母）．
③若容器容积为1L，b点对应的n=0.15mol，测得平衡时H₂的转化率为60%，则平衡时N₂的物质的量浓度为0.05 mol•L^-1．
（4）一定温度下，将2mol N₂和4mol H₂置于1L的恒容密闭容器中反应，测得不同条件、不同时间段内合成NH₃反应中N₂的转化率，得到数据如下表：

时间        N2的转化率 温度	1小时	2小时	3小时	4小时
T1	30%	50%	80%	80%
T2	35%	60%	a	b

上表中a、b、80%三者的大小关系为80%＜a=b或80%＜a＜b．（填“＞”、“=”、“＜”、“无法比较”）
（5）在图2中画出（4）中T₁温度下2mol N₂和4mol H₂在1L容器中反应，3小时达平衡前后过程中N₂和NH₃的物质的量浓度随时间的变化曲线图．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律来求反应的焓变，然后根据反应放出的热量与物质的量成正比；
（2）该反应为气体体积减小的放热反应，改变条件在达到新平衡的过程中正反应速率始终增大，则应为正逆反应速率都增大，且平衡向逆反应方向移动，据此答题；
（3）①根据温度升高化学平衡向着吸热方向进行；
②根据增加氢气的物质的量化学平衡向着正反应方向移动；
③根据a、b、c三点所表示的意义来回答；
③根据反应物的物质的量之比为等于化学计量数之比时，达平衡状态时生成物的百分含量最大；根据化学平衡状态是反应物的转化率最大、生成物的产率最大来回答；先求出各自的平衡浓度，然后根据平衡常数的概念来回答；
（4）根据T₁和T₂同时间段内N₂的转化率可知T₂反应温度低，N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H＜0，正反应为放热反应，所以T₂相当于T₁达到平衡时降温，平衡向正反应方向移动，达平衡时，N₂的转化率较T₁时高，但温度低，反应速率慢，据此判断；
（5）T₁温度下2mol N₂和4mol H₂在1L容器中反应，3小时达平衡，与（4）中T₁温度下的数据比较可知，起始反应物浓度为原来的2倍，则平衡向正反应方向移动，N₂的转化率要高于（4）中T₁温度下的数据，据此画图．

解答 解：（1）N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+akJ/mol       ①
        N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-bkJ/mol       ②
        2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-ckJ/mol      ③
由盖斯定律①×2-②×2+③×3得：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=（2a-2b+3c）kJ/mol；     
则34g 即2mol氨气经催化氧化完全生成一氧化氮气体和水蒸气所放出的热量为$\frac{1}{2}$×（2a-2b+3c） kJ，
故答案为：$\frac{1}{2}$（2a-2b+3c） kJ；   
（2）该反应为气体体积减小的放热反应，改变条件在达到新平衡的过程中正反应速率始终增大，则应为正逆反应速率都增大，且平衡向逆反应方向移动，所以改变条件应为升温，反应速率增大，平衡逆向移动，而加压、增大c（N₂）、降低c（NH₃）平衡都正向移动，故选A；
（3）①反应为放热反应，温度升高化学平衡向着吸热方向进行，从T₁到T₂反应物氨气的分数增加，故T₁＞T₂，
故答案为：＜；
 ②b点代表平衡状态，c点又加入了氢气，故平衡向右移动，氮气的转化率增大，
故答案为：c；
 ③当氮气和氢气的物质的量之比为1：3时达平衡状态时氨的百分含量最大，平衡点时产物的产率最大，据图示，当起始氢气的物质的量为0.15mol时氨的含量最大，故起始加入N₂的物质的量为0.05mol，所以起始时氮气的浓度是0.05mol/l，
故答案为：0.05；
（4）根据T₁和T₂同时间段内N₂的转化率可知T₂反应温度低，N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H＜0，正反应为放热反应，所以T₂相当于T₁达到平衡时降温，平衡向正反应方向移动，达平衡时，N₂的转化率较T₁时高，所以a＞80%，但温度低，反应速率慢，所以T₂时反应可能达到平衡也可能未达平衡，所以a=b或a＜b，所以80%＜a=b或80%＜a＜b，
故答案为：80%＜a=b或80%＜a＜b；
（5）T₁温度下2mol N₂和4mol H₂在1L容器中反应，3小时达平衡，与（4）中T₁温度下的数据比较可知，起始反应物浓度为原来的2倍，分别为2mol/L 和4mol/L，则平衡向正反应方向移动，N₂的转化率要高于（4）中T₁温度下的数据，所以平衡时N₂的物质的量浓度小于2mol/l-80%×2mol/l=0.4mol/l，NH₃的物质的量浓度大于2×80%×2mol/l=3.2mol/l，据此画出图为，
故答案为：．

点评 本题主要考查了盖斯定律、化学平衡常数、外界条件对反应速率和平衡的影响，难度中等，根据课本知识即可完成．