【題目】氮的固定一直是科學(xué)家研究的重要課題,合成氨則是人工固氮比較成熟的技術(shù),其原理為

N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H。

(1)已知每破壞1mol有關(guān)化學(xué)鍵需要的能量如下表:

H-H

N-H

N-N

NN

435.9KJ

390.8KJ

192.8KJ

945.8KJ

則△H=_____________。

(2)在恒溫、恒壓容器中,氨體積比1:3加入N2和H2進(jìn)行合成氨反應(yīng),達(dá)到平衡后,再向容器中充入適量氨氣,達(dá)到新平衡時,c(H2)將_________(填“增大”“減小”或“不變”)

(3)在不同溫度、壓強(qiáng)和相同催化劑條件下,初始時N2、H2分別為0.1mol、0.3mol時,平衡后混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)(φ)如圖所示。

①其中,p1、p2和p3由大到小的順序是________,其原因是__________。

②若分別用vA(N2)和vB(N2)表示從反應(yīng)開始至達(dá)平衡狀態(tài)A、B時的化學(xué)反應(yīng)速率,則vA(N2)______ vB(N2)(填“>”“<”或“=”)

③若在250℃、p1條件下,反應(yīng)達(dá)到平衡時容器的體積為1L,則該條件下合成氨的平衡常數(shù)K=___(保留一位小數(shù))。

(4)H2NCOONH4是工業(yè)由氨氣合成尿素的中間產(chǎn)物。在一定溫度下、體積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng):H2NCOONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g),能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_____(填序號)。

①混合氣體的壓強(qiáng)不變

②混合氣體的密度不變

③混合氣體的總物質(zhì)的量不變

④混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變

⑤NH3的體積分?jǐn)?shù)不變

【答案】-91.3KJ/mol 不變 p1>p2>p3 溫度相同時,加壓平衡正向移動,故壓強(qiáng)越大平衡混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)越大 < 5925.9L2/mol2 ①②③

【解析】

試題(1)根據(jù)鍵能和反應(yīng)熱的關(guān)系計算;

(2)根據(jù)等效平衡分析;

(3)①根據(jù)壓強(qiáng)對平衡狀態(tài)的影響結(jié)合反應(yīng)特點(diǎn)分析;

②根據(jù)外界條件對反應(yīng)速率的影響分析;

③根據(jù)平衡常數(shù)的含義結(jié)合圖像中數(shù)據(jù)計算平衡常數(shù);

(4)根據(jù)平衡狀態(tài)的含義分析。

解析:(1)反應(yīng)熱等于斷鍵吸收的能量和形成化學(xué)鍵所放出的能量的差值,則該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=945.8kJ/mol+3×435.9kJ/mol-2×3×390.8kJ/mol=-91.3kJ/mol;

2在恒溫、恒壓容器中,氨體積比13加入N2H2進(jìn)行合成氨反應(yīng),達(dá)到平衡后,再向容器中充入適量氨氣,由于只有一種生成物,所以平衡等效,則達(dá)到新平衡時,c(H2)不變。

3)①合成氨反應(yīng)是體積減小的,增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行,氨氣的含量增加,所以根據(jù)圖像可知p1、p2p3由大到小的順序是p1>p2>p3

②根據(jù)圖像可知A點(diǎn)溫度和壓強(qiáng)均小于B點(diǎn),溫度越高,壓強(qiáng)越大,反應(yīng)速率越大,所以反應(yīng)速率vA(N2)<vB(N2)。

③根據(jù)圖像可知在250℃、p1條件下,反應(yīng)達(dá)到平衡時容器的體積為1L,氨氣的含量為66.75,則

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

起始量(mol) 0.1 0.3 0

轉(zhuǎn)化量(mol) x 3x 2x

平衡量(mol) 0.1-x 0.3-3x 2x

所以

解得x=0.08

因此該條件下合成氨的平衡常數(shù)K=5925.9L2/mol2。

4)在一定條件下,當(dāng)可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時(但不為0),反應(yīng)體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài),稱為化學(xué)平衡狀態(tài)。①正反應(yīng)是體積減小的,則混合氣體的壓強(qiáng)不變說明達(dá)到平衡狀態(tài);②密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值,在反應(yīng)過程中容積始終是不變的,但氣體的質(zhì)量是變化的,則混合氣體的密度不變說明達(dá)到平衡狀態(tài);③正反應(yīng)是體積減小的,混合氣體的總物質(zhì)的量不變說明達(dá)到平衡狀態(tài);④混合氣的平均相對分子質(zhì)量是混合氣的質(zhì)量和混合氣的總的物質(zhì)的量的比值,由于氣體只有氨氣和二氧化碳,且二者的體積比始終是2:1,所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量始終不變,不能說明達(dá)到平衡狀態(tài);⑤由于氣體只有氨氣和二氧化碳,且二者的體積比始終是2:1,所以NH3的體積分?jǐn)?shù)始終不變,不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)。答案選①②③。

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Na2CO3溶液中存在水解平衡

C

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D

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