Question

14．科學家一直致力于“人工固氮”的方法研究．
（1）合成氨的原理為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，該反應(yīng)的能量變化如圖所示．
①在反應(yīng)體系中加入催化劑，反應(yīng)速率增大，E₂的變化是減小（填“增大”、“減小”或“不變”）．
②將0.3mol N₂和0.5mol H₂充入體積不變的密閉容器中，在一定條件下達到平衡，測得容器內(nèi)氣體壓強變?yōu)樵瓉淼?\frac{7}{8}$，此時H₂的轉(zhuǎn)化率為30%；欲提高該容器中H₂的轉(zhuǎn)化率，下列措施可行的是AB（填選項字母）．
A．向容器中按原比例再充入原料氣
B．向容器中再充入一定量H₂
C．改變反應(yīng)的催化劑
D．液化生成物分離出氨
（2）根據(jù)最新“人工固氮”的研究報道，在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑（摻有少量Fe₂O₃和TiO₂）表面與水發(fā)生反應(yīng)：
2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1 530kJ/mol
又知：H₂O（l）?H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol
則2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1266kJ/mol，該反應(yīng)的化學平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}$，控制其他條件不變，增大壓強，K值不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）①在反應(yīng)體系中加入催化劑，活化能降低；
②將0.3mol N₂和0.5mol H₂充入體積不變的密閉容器中，在一定條件下達到平衡，測得容器內(nèi)氣體壓強變?yōu)樵瓉淼?\frac{7}{8}$，則：
           N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始（mol）：0.3       0.5       0
轉(zhuǎn)化（mol）：x         3x        2x
平衡（mol）：（0.3-x） （0.5-3x）  2x
相同條件下壓強之比等于物質(zhì)的量之比，結(jié)合平衡時壓強計算解答；
欲提高轉(zhuǎn)化率可以按原比例向容器中再充入原料氣（相當于加壓），液化生成物分離出氨，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，也可以降溫；
（2）已知：①2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1 530kJ/mol
②H₂O（l）?H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①-②×6可得：2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）；
化學平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達平衡時，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數(shù)中寫出；
化學平衡常數(shù)只受溫度影響，與壓強無關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變．

解答 解：（1）①在反應(yīng)體系中加入催化劑，活化能降低，故E₂也減小，故答案為：減��；
②將0.3mol N₂和0.5mol H₂充入體積不變的密閉容器中，在一定條件下達到平衡，測得容器內(nèi)氣體壓強變?yōu)樵瓉淼?\frac{7}{8}$，則：
          N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始（mol）：0.3       0.5      0
轉(zhuǎn)化（mol）：x        3x        2x
平衡（mol）：（0.3-x） （0.5-3x） 2x
根據(jù)題意有（0.3-x）mol+（0.5-3x）mol+2x mol=（0.3+0.5）×$\frac{7}{8}$，解得x=0.05，轉(zhuǎn)化的氫氣為0.15mol，則H₂轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.15mol}{0.5mol}$×100%=30%，
A．向容器中按原比例再充入原料氣，等效為增大壓強，平衡正向移動，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故A正確；
B．向容器中再充入一定量H₂，氫氣轉(zhuǎn)化率減小，故B錯誤；
C．改變反應(yīng)的催化劑，影響反應(yīng)速率，不影響平衡移動，氫氣轉(zhuǎn)化率不變，故C錯誤；
D．液化生成物分離出氨，氨氣濃度減小，平衡正向移動，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故D正確，
故答案為：30%；AD；
（2）已知：①2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1 530kJ/mol
②H₂O（l）?H₂O（g）△H=+44.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①-②×6可得：2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g），則△H=1 530kJ/mol-6×44kJ/mol=+1266kJ/mol；
2N₂（g）+6H₂O（g）?4NH₃（g）+3O₂（g）的化學平衡常數(shù)表達式K=$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}$，化學平衡常數(shù)只受溫度影響，控制其他條件不變，增大壓強，K值不變，
故答案為：+1266；$\frac{{c}^{4}（N{H}_{3}）×{c}^{3}（{O}_{2}）}{{c}^{2}（{N}_{2}）×{c}^{6}（{H}_{2}O）}$；不變．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、化學平衡常數(shù)、反應(yīng)熱有關(guān)計算等，掌握三段式在化學平衡計算中應(yīng)用，注意平衡常數(shù)只受溫度影響，其表達式及單位與化學計量數(shù)有關(guān)．