Question

把大氣中的游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為氮的化合物的過程稱為固氮．生物固氮和大氣固氮（閃電時(shí)N₂轉(zhuǎn)化為NO）屬于自然固氮，這遠(yuǎn)不能滿足人類的需要．工業(yè)固氮（合成氨）是目前人工固氮的主要方法．有關(guān)大氣固氮和工業(yè)固氮的平衡常數(shù)K值分別如下表一和表二．
表一：N₂+O₂?2NO                     

溫度	25℃	2000℃
K值	3.84×10-31	1.847

表二：N₂+3H₂?2NH₃

溫度	25℃	350℃	400℃	450℃
K值	5×108	1.847	0.507	0.152

（1）根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)分析，下列說(shuō)法正確的是

 

．
A、在常溫下，大氣固氮幾乎不可能，而工業(yè)固氮很容易進(jìn)行
B、人類大規(guī)模模擬大氣固氮是沒有意義的
C、在常溫下，增加工業(yè)固氮的容器的壓強(qiáng)，K值會(huì)發(fā)生改變
D、大氣固氮與工業(yè)固氮都是放熱反應(yīng)
（2）向某密閉容器中加入4mol NH₃、1.2mol H₂和一定量的N₂三種氣體，一定條件下發(fā)生反應(yīng)，各物質(zhì)的濃度隨時(shí)間變化如圖甲所示[已知0～t₁階段保持恒溫、恒容，且c（N₂）未畫出]．圖乙為t₂時(shí)刻后改變反應(yīng)條件，反應(yīng)速率隨時(shí)間的變化情況，已知在t₂、t₃、t₄、t₅時(shí)刻各改變一種不同的條件．

①若t₁=15s，則t₀～t₁階段的反應(yīng)速率為v（H₂）=

 

②N₂的起始物質(zhì)的量為

 

③反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，下列說(shuō)法中能表明已達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

A、單位時(shí)間內(nèi)生成a molN₂，同時(shí)生成3a molH₂
B、容器的總壓強(qiáng)不再變化
C、混合氣體的密度不再變化
D、三個(gè)H-H 鍵斷裂的同時(shí)有六個(gè)H-N鍵斷裂
④t₄時(shí)刻改變的條件為

 

，t₅時(shí)刻改變的條件為

 

⑤已知t₀～t₁階段該反應(yīng)放出或吸收的熱量為Q kJ（Q為正值），試寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)反應(yīng)速率變化曲線及其應(yīng)用

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）A．由K可知，常溫下大氣固氮很難發(fā)生；
B．根據(jù)大氣固氮的條件和反應(yīng)程度分析；
C．K只與溫度有關(guān)；
D．根據(jù)大氣固氮的K與溫度的關(guān)系判斷；
（2）①由圖可知，t₀-t₁階段H₂濃度變化量為0.6mol/L-0.3mol/L=0.3mol/L，根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算v（H₂）；
②根據(jù)方程式結(jié)合生成的氫氣的量計(jì)算；
③達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，百分含量不變，以及由此衍生的其它一些量不變，據(jù)此分析；
④t₄時(shí)刻正逆反應(yīng)速率均減小而且正移；t₅時(shí)刻正逆反應(yīng)速率均增大而且正移；結(jié)合影響速率和平衡的因素分析；
⑤根據(jù)反應(yīng)的物質(zhì)的量之比等于熱量比求出反應(yīng)熱，再寫出熱化學(xué)方程式．

解答： 解：（1）A．由K可知，大氣固氮為吸熱反應(yīng)，而人工固氮是放熱反應(yīng)，故A正確；
B．大氣固氮是在放電或很高的溫度下進(jìn)行的，而且大氣固氮的進(jìn)行程度很小，利用大氣固氮原理進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，成本很高，產(chǎn)率很小，沒有實(shí)際意義，故B正確；
C．合成氨是放熱反應(yīng)，常溫下合成氨氣需要合適的催化劑，則尋找在常溫下合成氨的高效催化劑是目前人工固氮的新方向，故C正確；
D．由表格中K的數(shù)據(jù)與溫度可知，在常溫下，人工固氮難進(jìn)行，故D錯(cuò)誤；
故答案為：AB；
（2）①由圖可知，t₀-t₁階段H₂濃度變化量為0.6mol/L-0.3mol/L=0.3mol/L，故v（H₂）=

0.3mol/L

15s

=0.02mol/（L?min），
故答案為：0.02mol/（L?min）；
②反應(yīng)后氫氣的濃度增大了0.3mol/L，已知反應(yīng)方程式為：NH₃?N₂+3H₂，則氮?dú)獾臐舛仍龃鬄?.1mol/L，所以氮?dú)獾钠鹗紳舛葹?.4mol/L-0.1mol/L=0.3mol/L；N₂的起始物質(zhì)的量為0.3mol/L×4L=1.2mol；
故答案為：1.2mol；
③發(fā)生反應(yīng)為2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H＞0，
A．單位時(shí)間內(nèi)生成a molN₂，為正速率，同時(shí)生成3a molH₂，也為正速率，都是正速率，不能說(shuō)明反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．隨反應(yīng)進(jìn)行容器內(nèi)壓強(qiáng)增大，容器內(nèi)壓強(qiáng)不再發(fā)生變化，說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．容器內(nèi)混合氣體的總質(zhì)量不變，容器的容積不變，容器內(nèi)氣體密度始終不發(fā)生變化，故C錯(cuò)誤；
D．三個(gè)H-H 鍵斷裂表示逆速率，有六個(gè)H-N鍵斷裂表示正速率，而且正逆速率之比為計(jì)量數(shù)之比，則說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：BD；
④t₄時(shí)刻正逆反應(yīng)速率均減小而且正移，說(shuō)明降低溫度；t₅時(shí)刻正逆反應(yīng)速率均增大而且正移，說(shuō)明增大壓強(qiáng)；
故答案為：降低溫度；增大壓強(qiáng)；
⑤氨氣的分解反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，已知t₀～t₁階段反應(yīng)消耗的氨氣為0.2mol/L×4L=0.8mol，該反應(yīng)吸收的熱量為Q kJ（Q為正值），所以消耗2mol氨氣吸熱為2.5kJ，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2NH₃（g）?N₂ （g）+3H₂（g）△H=+2.5QkJ/mol，
故答案為：2NH₃（g）?N₂ （g）+3H₂（g）△H=+2.5QkJ/mol．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡圖象、化學(xué)平衡有關(guān)計(jì)算、影響化學(xué)平衡的因素、平衡狀態(tài)的判斷、熱化學(xué)方式的書寫等，是對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用，難度中等．