Question

人工固氮是指將氮元素由游離態(tài)轉化為化合態(tài)的過程。據報道,常溫、常壓、光照條件下,N₂在摻有少量氧化鐵的二氧化鈦催化劑表面能與水發(fā)生反應，生成的主要產物為NH₃，相應的熱化學方程式為：N₂(g)+3H₂O(l)2NH₃(g)+O₂(g)  △H="+765.0kJ" /mol。

Ⅰ．請在下圖所示的坐標中畫出上述反應在有催化劑和無催化劑兩種情況下反應體系中的能量變化示意圖，并進行標注(包括△H)。

Ⅱ．目前工業(yè)合成氨的原理是：N₂(g)+ 3H₂(g)2NH₃(g)  △H=－93.0kJ /mol。

回答下列問題：

(1)氫氣的燃燒熱△H=_______________kJ/mol。

(2)在恒溫恒容密閉容器中進行的合成氨反應，下列能表示達到平衡狀態(tài)的是_______(填序號)。

a．混合氣體的壓強不再發(fā)生變化

b．混合氣體的密度不再發(fā)生變化

c．反應容器中N₂、NH₃的物質的量的比值不再發(fā)生變化

d．單位時間內斷開a個H－H鍵的同時形成3 a個N－H鍵

e．三種物質的濃度比恰好等于化學方程式中各物質的化學計量數(shù)之比

(3)在恒溫恒容的密閉容器中，合成氨反應的各物質濃度變化曲線如下圖所示。請回答下列問題：

① 表示N₂的濃度變化的曲線是              (選填曲線代號“A”、“B”或“C”)。

② 前25 min 內，用H₂的濃度變化表示的化學反應平均速率是            。

③在25 min 末反應剛好達到平衡，則該溫度下反應的平衡常數(shù)K =        (計算結果可用分數(shù)表示)。若升高溫度，該反應的平衡常數(shù)值將_______(填“增大”、 “減小”或“不變”)。

(4)在第25 min 末，保持其它條件不變，若升高反應溫度并設法保持該溫度不變，在第35 min末再次達到平衡。平衡移動過程中H₂濃度變化了1.5 mol·L^－1，請你在圖中畫出第25 min ～ 40 min NH₃濃度變化曲線。

(5)在一定溫度下，將1 mol N₂和3 mol H₂混合置于體積不變的密閉容器中發(fā)生反應，達到平衡狀態(tài)時，測得氣體總物質的量為2.8 mol 。

①達平衡時，H₂的轉化率α₁ = ____________。

②在相同條件下，若起始時只將NH₃置于該容器中，達到平衡狀態(tài)時NH₃的轉化率為α₂，當α₁ + α₂ =1時，則起始時n (NH₃)= ________mol。

 

Answer 1

【答案】

或

Ⅱ. (1)－286.0(1分)

(2) a c  (每個1分，共2分，有錯不得分。)

(3)① C (1分)         ② 0.12 mol·L^－1·min^－1(2分)

③ 4/27 (或0.148、0.15) (2分，寫單位也得分)         減小(1分)

(4)

(5)① 60%(2分)         ② 2(1分)

【解析】

試題分析：Ⅰ．催化劑可以降低反應的活化能，加快反應速率，但不能改變反應熱，據此可以作圖或。

Ⅱ．（1）根據蓋斯定律可知，（②－①）÷3即得到H₂(g)＋1/2O₂(g)H₂O(l)，所以該反應的反應熱是△H＝（－93.0kJ /mol－765.0kJ /mol）÷3＝－286.0 kJ /mol，所以氫氣的燃燒熱是△H＝－286.0 kJ /mol。

（2）在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學平衡狀態(tài)，所以選項c可以說明。該反應是體積減小的可逆反應，所以當壓強不再發(fā)生變化時，可以說明，a正確；密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量和容積始終是不變的，b不正確。D中反應速率的方向是相同的，不正確。速率之比是相應的化學計量數(shù)之比，因此e中的關系始終是成立，不正確，因此答案選ac。

（3）①根據圖像可知，反應進行到25min時物質的濃度不再發(fā)生變化，此時ABC的濃度變化量分別是（mol/L）A減少3.0，B增加2.0，C減少1.0，所以表示N₂的濃度變化的曲線是C，表示H₂的濃度變化的曲線是A，表示氨氣的濃度變化的曲線是B。

②前25 min 內，用H₂的濃度變化表示的化學反應平均速率是3.0mol/L÷25min＝0.12 mol·L^－1·min^－1。

③根據平衡常數(shù)的表達式可知，該反應的K＝。由于正方應是放熱反應，所以若升高溫度，平衡向逆反應方向移動，該反應的平衡常數(shù)值將減小。

（4）升高溫度，反應速率增大，但平衡向逆反應方向移動，所以根據氫氣的濃度變化量可知，平衡時氨氣的濃度應該是1.0mol/L，所以該圖應該是（見答案）。

（5）①         N₂(g)+ 3H₂(g)2NH₃(g)

起始量（mol）   1      3          0

轉化量（mol）   x      3x         2x

平衡量（mol） 1－x   3－3x        2x

則1－x＋3－3x＋2x＝2.8

解得x＝0.6

所以氫氣的轉化率是60%。

②α₁ + α₂ ＝1，所以氨氣的轉化率是40%，則

N₂(g)+ 3H₂(g)2NH₃(g)

起始量（mol）   0      0          y

轉化量（mol）   0.2y  0.6y      0.4y

平衡量（mol）   0.2y  0.6y      y－0.4y

則0.2y＋0.6y＋y－0.4y＝2.8

解得y＝2

考點：考查外界條件對反應速率和平衡狀態(tài)的影響、反應速率和平衡常數(shù)以及反應物轉化率的有關計算

點評：該題以化學反應速率和化學平衡為載體，重點考查學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力。試題綜合性強，貼近高考，易于激發(fā)學生的學習興趣和學習求知欲。有利于培養(yǎng)學生的邏輯推理能力和應試能力，提高學生的規(guī)范答題能力和學習效率。