Question

【題目】氨是一種重要的化工產(chǎn)品，是氮肥工業(yè)、有機(jī)合成工業(yè)以及制造硝酸、銨鹽和純堿的原料，也是一種常用的制冷劑。

（1）某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組模擬工業(yè)合成氨的反應(yīng)。在容積固定為2L 的密閉容器內(nèi)充入1mol N2和3mol H2，加入合適催化劑（體積可以忽略不計(jì)）后在一定溫度壓強(qiáng)下開(kāi)始反應(yīng)，并用壓力計(jì)監(jiān)測(cè)容器內(nèi)壓強(qiáng)的變化如下：

反應(yīng)時(shí)間 /min	0	5	10	15	20	25	30
壓強(qiáng)/MPa	16.80	14.78	13.86	13.27	12.85	12.60	12.60

則從反應(yīng)開(kāi)始到25 min 時(shí)，以N2 表示的平均反應(yīng)速率=__________；該溫度下 平衡常數(shù)K=___________。

（2）工業(yè)合成氨的反應(yīng)方程式為： N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH 下圖1是合成氨反應(yīng)的能量與反應(yīng)過(guò)程相關(guān)圖(未使用催化劑)；圖D 是合成氨反應(yīng)在2L 容器中、相同投料情況下、其它條件都不變時(shí)，某一反應(yīng)條件的改變對(duì)反應(yīng)的影響圖。

下列說(shuō)法正確的是________________。

A.ΔH＝－92.4kJ/mol

B.使用催化劑會(huì)使E1的數(shù)值增大

C.為了提高轉(zhuǎn)化率，工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)的濃度越低越好

D.圖II是不同壓強(qiáng)下反應(yīng)體系中氨的物質(zhì)的量與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系圖，且PAB

E.圖II是不同溫度下反應(yīng)體系中氨的物質(zhì)的量與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系圖，且TA>TB；

F.該反應(yīng)的平銜常數(shù)KAB

G.在曲線(xiàn)A條件下，反應(yīng)從開(kāi)始到平衡，消耗N2的平均速率為mol·L-1·min-1

（3）一定溫度下，向一個(gè)容積為2 L的密閉容器中通入2 mol N2和7 mol H2，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得容器的壓強(qiáng)為起始時(shí)的倍，則此溫度下的平衡常數(shù)為_______。在同一溫度，同一容器中，將起始物質(zhì)改為amol N2 ，b molH2，c mol NH3 (a,b,c均不為零）欲使平衡混合物中各物質(zhì)的質(zhì)量與原平衡相同，則a,b,c滿(mǎn)足的關(guān)系為_____________(用含a,b,c的表達(dá)式表示），且欲使反應(yīng)在起始時(shí)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，c的取值范圍是_______

Answer 1

【答案】 0.01 mol·L-1·min-1 2.37 AEFG 0.25L2·mol-2 a+c/2= 2， d+3c/2= 7 2<c<4

【解析】（1）一定溫度下，容器中氣體壓強(qiáng)與總的物質(zhì)的量成正比，設(shè)平衡狀態(tài)時(shí)混合氣體的物質(zhì)的量為x，16.80：12.60=(1+3)mol：x，x==3mol，所以平衡時(shí)混合氣體的物質(zhì)的量為3mol，設(shè)參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為y，

N2(g)+3H2(g)2NH3(g) 物質(zhì)的量減少

1mol 2mol

y (4—3)mol

y==0.5mol，平衡時(shí)c(N2)==0.25mol/L、c(H2)==0.75mol/L、c(NH3)==0.5mol/L；則從反應(yīng)開(kāi)始到25min時(shí)，以N2表示的平均反應(yīng)速率=0.25mol/L/25min==0.01 mol·L-1·min-1；該溫度下平衡常數(shù)K=0.52/0.25×0.753==2.37。

（2）ΔH=E1—E2=312.4 kJ/mol—404.8 kJ/mol==－92.4kJ/mol，A正確；使用催化劑降低反應(yīng)的活化能，使E1、E2的數(shù)值減小，B錯(cuò)誤；為了提高轉(zhuǎn)化率，工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)的濃度越低越好，C錯(cuò)誤；圖II中曲線(xiàn)A先達(dá)平衡，則PB<PA，D錯(cuò)誤；因合成氨是放熱反應(yīng)，溫度升高，速率加快，平衡逆向移動(dòng)，氨的百分含量降低，達(dá)到平衡時(shí)間短，曲線(xiàn)A的溫度高于曲線(xiàn)B，反應(yīng)的平銜常數(shù)KA<KB，E、F正確；

在曲線(xiàn)A條件下，反應(yīng)從開(kāi)始到平衡，消耗N2的平均速率為氨氣的平衡速率的一半即mol·L-1·min-1，G正確。

（3） N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)

起始濃度（mol/L）1 3.5 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）x 3x 2x

平衡濃度（mol/L）1－x 3.5－3x 2x

達(dá)到平衡時(shí) 測(cè)得容器的壓強(qiáng)為起始時(shí)的7/9倍

所以(7/9)×4.5＝1－x＋3.5－3x＋2x 解得x＝0.5

所以該溫度下可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝＝＝0.25L2·mol－2。對(duì)于恒溫恒容下對(duì)于反應(yīng)前后氣體體積發(fā)生變化的反應(yīng)來(lái)說(shuō)（即△n≠0的體系）：等效轉(zhuǎn)化后，對(duì)應(yīng)各物質(zhì)起始投料的物質(zhì)的量與原平衡起始態(tài)相同即可，據(jù)此可知欲使平衡混合物中各物質(zhì)的質(zhì)量與原平衡相同，則a,b,c滿(mǎn)足的關(guān)系為a＋0.5c＝2、b＋1.5c＝7。由于平衡時(shí)氨氣的物質(zhì)的量是2mol，所以要欲使反應(yīng)在起始時(shí)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，c的取值范圍是c＞2。當(dāng)起始時(shí)反應(yīng)物的物質(zhì)的量為0時(shí)，氨氣的物質(zhì)的量最大，所以根據(jù)a＋0.5c＝2、b＋1.5c＝7可知，c＝4或4.7，因此c的取值范圍是2＜c＜4。