Question

【題目】合成氨反應是重要的化工反應，請回答下列問題：

(1)①NH3(g)+O2(g)NO2(g)+H2O(g) △H=-299.6kJ·mol-1

②H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H=-241.8kJ·mol-1

③N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+33.9kJ·mol-1

由上述反應，可求出N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的△H=___。

(2)對于反應①，在恒溫恒容(H2O為氣態)的容器中，下列選項表明反應已達到平衡的是___。

A.混合氣體的平均摩爾質量不變

B.混合氣體的密度不變

C.氣體的顏色不再變化

D.體系內壓強不再變化

E.每消耗1molNH3的同時生成1molNO2

(3)已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)反應的熵變△S=-0.081kJ·mol-1·K-1，則298K時，該反應___(填“能”或“不能”)自發進行。

(4)如圖為673K溫度下，某合成氨塔里各氣體組分壓強變化圖。

①t1平衡時，氨氣的體積分數為___%(保留位小數)。

②在圖中畫出氨氣組分壓強變化圖___。

③該溫度下N2(g)+3H2(g)2NH3(g)反應的壓力平衡常數Kp=___(MPa)-2(保留1位小數，Kp為以氣體分壓表示反應的平衡常數)

Answer 1

【答案】-92.3kJ·mol-1 ACD 能 33.3% 0.6

【解析】

(1)將目標方程式N2(g)+3H2(g)2NH3(g)和已知方程式對照可得出：③+3×②-2×①=目標方程式；

(2)平衡的標志：一是同一物質表示的正反應速率和逆反應速率相等，二是體系中各組分的含量不變；

(3)△G=△H-T△s＜0時，反應能自發進行；

(4)在恒溫恒容條件下，氣體的壓強之比與物質的量成正比；從圖上看，一條曲線分壓減小值=(3.0-1.5)MPa=1.5MPa，另一條曲線分壓減小值=(1.0-0.5)MPa=0.5MPa，這兩條曲線應分別代表氫氣、氮氣的分壓變化曲線，氨氣應從0增加到1.0MPa。

(1)已知：①NH3(g)+O2(g)NO2(g)+H2O(g) △H=-299.6kJ·mol-1，②H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H=-241.8kJ·mol-1，③N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+33.9kJ·mol-1，③+3×②-2×①=目標方程式，故△H=(+33.9kJ·mol-1)+3×(-241.8kJ·mol-1)-2×(-299.6kJ·mol-1)=-92.3kJ·mol-1；

(2)恒溫恒容下發生：NH3(g)+O2(g) NO2(g)+H2O(g)；

A．正反應是氣體總物質的量n減小，混合氣體總質量自始至終不變的反應，由可知，當混合氣體的平均摩爾質量不變時，說明混合氣體的總物質的量n不變，反應已達平衡，故A正確；

B．該反應的氣體總質量m不變，總體積V不變，由可知，無論反應是否平衡，混合氣體的密度都不變，即混合氣體的密度不變，不能說明反應是否已平衡，故B錯誤；

C．該反應中的NO2為紅棕色，由于恒容，導致該反應的正反應是氣體顏色加深的反應，若反應未平衡，則氣體顏色會一直加深，現氣體的顏色不再變化，說明反應已達平衡，故C正確；

D．恒容時，該反應的正反應體系總壓強減小的反應，當體系內壓強不再變化，說明反應已達平衡，故D正確；

E．由方程式可知，無論是否平衡，每消耗1molNH3的同時一定生成1molNO2，即消耗1molNH3的同時生成1molNO2不能說明反應是否平衡，故E錯誤；

故答案為：ACD；

(3)△S=-0.081kJ·mol-1·K-1，T= 298K，△H=-92.3kJ·mol-1，則△G=△H-T△s =(-92.3kJ·mol-1)-298K×(-0.081kJ·mol-1·K-1)=-68.162kJ·mol-1＜0，該反應能自發進行；

(4)在恒溫恒容條件下，氣體的壓強之比與物質的量成正比；從圖上看，t1平衡時，一條曲線分壓減小值=(3.0-1.5)MPa=1.5MPa，另一條曲線分壓減小值=(1.0-0.5)MPa=0.5MPa，這兩條曲線應分別代表氫氣、氮氣的分壓變化曲線，氨氣應從0增加到1.0MPa。

①t1平衡時，氫氣的平衡分壓為1.5MPa，氮氣的平衡分壓為0.5MPa，氨氣的平衡分壓為1.0MPa，已知恒溫恒容條件下，氣體的壓強之比與物質的量成正比，則氨氣的體積分數為×100%≈33.3%；

②在0~t1達到平衡過程中氨氣應從0增加到1.0MPa，則氨氣組分壓強變化圖為；

③t1平衡時，氫氣的平衡分壓為1.5MPa，氮氣的平衡分壓為0.5MPa，氨氣的平衡分壓為1.0MPa，該溫度下N2(g)+3H2(g)2NH3(g)反應的壓力平衡常數Kp=≈0.6。