Question

10．合成氨工业是工农业生产和国防工业的基础产业，也是国民经济的命脉产业．其原理如下：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0．

（1）在恒温恒容装置中进行合成氨反应，各组分浓度-时间图象如图1所示．
①表示H₂浓度变化的曲线是A（ 填序号）．
②前25min 内，用NH₃浓度变化表示的化学反应速率是0.08 mol•L^-•min^-1．
（2）某学习小组研究：在其他条件不变的情况下，研究改变起始物氢气的物质的量对该合成氨反应的影响．实验结果如图2所示：（图中T表示温度，n表示物质的量）
①比较T₁＞T₂ （填“＞”，“＜”，“=”）．
②比较在a、b、c三点N₂的转化率最高的是c；H₂的百分含量最高的是c（填字母）．
③在起始体系中加入N₂的物质的量为$\frac{n}{3}$mol时（用含n的代数式表示），反应后氨的百分含量最大；若容器容积为1L，n=3mol反应达到平衡时H₂的转化率为60%，则在T₂条件下，该反应的平衡常数K=2.08．（保留3位有效数字）

Answer 1

分析 （1）①根据图象可知，反应进行到25min时曲线A减少了6mol/L-3mol/L=3mol/L，C减少了2.0mol/L-1.0mol/L=1.0mol/L，因此根据方程式可知表示N₂浓度变化的曲线是C，H₂浓度变化的曲线为A，B为氨气的浓度变化曲线；
②前25 min内，氨气浓度增加了2.0mol/L，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算用H₂浓度变化表示的化学反应速率；
（2）①由图可知，n（H₂）相同时，T₂对应氨气含高，反应为放热反应，降低温度有利于生成氨气；
②a、b、c三点，n（H₂）越大，平衡正向移动的程度越大，N₂的转化率越大；
③当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，起始体系中加入1molN₂、n=3molH₂，反应达到平衡时H₂的转化率为60%，则转化的氢气为1.8mol，则
                    N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；
开始（mol）：1          3                    0
变化（mol）：0.6     1.8                 1.2
平衡（mol）：0.4     1.2                 1.2
以此计算平衡常数K，并结合平衡移动分析H₂的转化率；

解答 解：（1）①根据图象可知，反应进行到25min时曲线A减少了6mol/L-3mol/L=3mol/L，C减少了2.0mol/L-1.0mol/L=1.0mol/L，因此根据方程式可知表示N₂浓度变化的曲线是C，A浓度变化的曲线为H₂，B为氨气的浓度变化曲线，
故答案为：A；
②前25 min内，氨气浓度增加了2mol/L，则用NH₃浓度变化表示的化学反应速率是$\frac{2mol/L}{25min}$=0.08 mol•L^-•min^-1，
故答案为：0.08 mol•L^-•min^-1；
（2）①由图可知，n（H₂）相同时，T₂对应氨气含高，反应为放热反应，降低温度有利于生成氨气，则T₂＜T₁ ，故答案为：＜；
②a、b、c三点，n（H₂）越大，平衡正向移动的程度越大，N₂的转化率越大，c点时氢气的物质的量最大，c点N₂的转化率最高，此时氢气起始量最大达到平衡状态下H₂的百分含量最高，故答案为：c；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，当平衡时氢气的物质的量为n，故加入N₂的物质的量为$\frac{\\;n}{3}$，起始体系中加入1molN₂、n=3molH₂，反应达到平衡时H₂的转化率为60%，则转化的氢气为1.8mol，则
                      N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；
开始（mol）：1             3                    0
变化（mol）：0.6        1.8                  1.2
平衡（mol）：0.4        1.2                  1.2
容器容积为1L，平衡浓度分别为0.4mol/L、1.2mol/L、1.2mol/L，
则平衡常数K=$\frac{（1.2）^{2}}{0.4×（1.2）^{3}}$=2.08（mol/L）^-2，
故答案为：$\frac{n}{3}$；2.08；

点评 本题考查化学反应速率、化学平衡计算、外界条件对化学平衡移动影响，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，注意：当反应物的物质的量之比等于计量数之比时反应物的转化率相同、产物的含量最大，题目难度中等．