Question

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

N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H。

（1）已知每破壞1mol有關化學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進行合成氨反應，達到平衡后，再向容器中充入適量氨氣，達到新平衡時，c(H2)將_________（填“增大”“減小”或“不變”）

（3）在不同溫度、壓強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數（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)表示從反應開始至達平衡狀態A、B時的化學反應速率，則vA(N2)______ vB(N2)（填“>”“<”或“=”）

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

（4）H2NCOONH4是工業由氨氣合成尿素的中間產物。在一定溫度下、體積不變的密閉容器中發生反應：H2NCOONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)，能說明該反應達到平衡狀態的是_____（填序號）。

①混合氣體的壓強不變

②混合氣體的密度不變

③混合氣體的總物質的量不變

④混合氣體的平均相對分子質量不變

⑤NH3的體積分數不變

Answer 1

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

【解析】

試題（1）根據鍵能和反應熱的關系計算；

（2）根據等效平衡分析；

（3）①根據壓強對平衡狀態的影響結合反應特點分析；

②根據外界條件對反應速率的影響分析；

③根據平衡常數的含義結合圖像中數據計算平衡常數；

（4）根據平衡狀態的含義分析。

解析：（1）反應熱等于斷鍵吸收的能量和形成化學鍵所放出的能量的差值，則該反應的反應熱△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1：3加入N2和H2進行合成氨反應，達到平衡后，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，則達到新平衡時，c(H2)不變。

（3）①合成氨反應是體積減小的，增大壓強平衡向正反應方向進行，氨氣的含量增加，所以根據圖像可知p1、p2和p3由大到小的順序是p1>p2>p3。

②根據圖像可知A點溫度和壓強均小于B點，溫度越高，壓強越大，反應速率越大，所以反應速率vA(N2)<vB(N2)。

③根據圖像可知在250℃、p1條件下，反應達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K=5925.9L2/mol2。

（4）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生變化的狀態，稱為化學平衡狀態。①正反應是體積減小的，則混合氣體的壓強不變說明達到平衡狀態；②密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中容積始終是不變的，但氣體的質量是變化的，則混合氣體的密度不變說明達到平衡狀態；③正反應是體積減小的，混合氣體的總物質的量不變說明達到平衡狀態；④混合氣的平均相對分子質量是混合氣的質量和混合氣的總的物質的量的比值，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量始終不變，不能說明達到平衡狀態；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的體積分數始終不變，不能說明達到平衡狀態。答案選①②③。