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【題目】氮及其化合物在生活及工業(yè)生產中有著重要應用。請回答以下問題:

(1)如圖是N2(g)、H2(g)與NH3(g)之間轉化的能量關系圖,則:

①N2(g)與H2(g)反應生成NH3(g)的熱化學方程式為___________________.

②過程(Ⅰ)和過程(Ⅱ)的反應熱________(填“相同”或“不同”).

③某溫度下,在1 L恒溫恒容容器中充入1molN2和3 mol H2進行上述反應,10 min達到平衡,此時容器內壓強變?yōu)樵瓉淼?/8.

a.該過程的平衡常數(shù)的表達式為____________.

b.N2的平衡轉化率為________.

c.此時若保持容器溫度和體積不變,向其中再加入2.25 molN2和0.5 mol NH3,則平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移動.

(2)用NH3可以消除氮氧化物的污染,已知:

反應Ⅰ:4NH3(g)+3O2(g)2N2(g)+6H2O(g) ΔH1=a kJ·mol-1 平衡常數(shù)為K1

反應Ⅱ:N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH2=b kJ·mol-1 平衡常數(shù)為K2

反應Ⅲ:4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g) ΔH3=c kJ·mol-1 平衡常數(shù)為K3

則反應Ⅱ中的b=_____(用含a、c的代數(shù)式表示),K3=_____(用K1和K2表示).反應Ⅲ中的ΔS______(填“>”“<”或“=”)0.

(3)在恒容的密閉器中,充入一定量的NH3和NO進行上述反應Ⅲ,測得不同溫度下反應體系中NH3的轉化率(α)與壓強p的關系如圖所示:

①分析得p1________p2.(填“>”“<”或“=”)

②下列敘述中,不能作為判斷反應Ⅲ已經達到平衡狀態(tài)的標志的是________(填序號).

a.N2的濃度不再改變 b.斷裂6 mol N—H鍵的同時,有6 mol H—O鍵形成

c.容器中壓強不再變化 d.混合氣體的密度保持不變

【答案】N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92 kJ·mol-1 相同 K=c2(NH3)/[c(N2)c3(H2)] 25% (a-c)/3 > < bd

【解析】

1)①據(jù)圖可知2molNH3分解得到1molN23molH2,吸收92kJ/mol的熱量,因而N2(g)H2(g)反應生成NH3(g)的熱化學方程式為N2(g)3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92 kJ·mol1。

②根據(jù)蓋斯定律,反應熱只與起始狀態(tài)及終了狀態(tài)有關,與過程無關,這兩個過程起始狀態(tài)和終了狀態(tài)相同,因而反應熱相同。

③可以根據(jù)三段式去求解,設轉化xmol/LN2

N2(g)3H2(g) 2NH3(g)

1 3 0

x 3x 2x

1-x 3-3x 2x

根據(jù)此時容器內壓強變?yōu)樵瓉淼?/span>7/8,可列式得,則x=0.25mol/L。

a. K= ;

b. N2的平衡轉化率為0.25/1×100=25%;

c. 平衡時c(N2)=0.75mol/L,c(H2)=2.25mol/Lc(NH3)=0.5mol/L,K==0.029,向其中再加入2.25 molN20.5 mol NH3,則c(N2)=3mol/L,c(H2)=2.25mol/L,c(NH3)=1mol/L,Q= =0.029,因而Q=K,平衡不移動。

2)根據(jù)蓋斯定律,設反應、分別為A、BC,則B=(A-C)/3,因而b=(a-c)/3,由于c=a-3b,所以可知K3=K1/K23,根據(jù)4NH3(g)6NO(g)5N2(g)6H2O(g)可知該反應各物質均為氣體,且氣體體積增大,因而混亂度變大,故ΔS>0。

3)根據(jù)4NH3(g)6NO(g)5N2(g)6H2O(g)可知該反應的氣體計量數(shù)在反應前后增大,因而保持溫度不變,NH3的轉化率(α)越大,說明壓強越小,因而p1<p2。aN2的濃度不再改變,說明各組分濃度都不變,因而可以作為判斷平衡的標志,正確;b.斷裂6 mol N—H鍵的同時,有6 mol H—O鍵形成,根據(jù)反應特點,兩者都表示正反應速率,因而錯誤;c.由于反應前后氣體計量數(shù)變化,當容器中壓強不再變化可以判斷平衡,正確;d.混合氣體的密度ρ=m/V,由于各組分都是氣體,反應前后混合氣體總質量不變,又容器恒定,體積不變,因而密度始終是個定值,錯誤。故答案選bd

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序號

實驗操作

實驗現(xiàn)象

結論

1

滴加幾滴酸酞試劑

溶液______(填變紅不變紅

碳酸鈉并未被乙酸完全中和,仍有大量剩余

2

滴入乙酸溶液

有大量氣泡產

實驗ii.取振蕩后的上層液體,加入____溶液,振蕩,發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)淺紅色,靜置分層后紅色消失。

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