Question

【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	N≡N
435.9kJ	390.8kJ	192.8kJ	945.8kJ

則△H=_____________。

（2）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)）。

（3）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 ④混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變

②混合氣體的密度不變 ⑤NH3的體積分?jǐn)?shù)不變 ③混合氣體的總物質(zhì)的量不變

Answer 1

【答案】-91.3kJ/mol 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】

根據(jù)鍵能數(shù)據(jù)求反應(yīng)熱；根據(jù)平衡移動原理并結(jié)合圖象分析有關(guān)的反應(yīng)條件的大小關(guān)系；根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征分析反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡。

（1）△H=反應(yīng)物的鍵能總和-生成物的鍵能總和=435.9kJ/mol3+945.8kJ/mol-390.8kJ/mol6=-91.3kJ/mol。

（2）①由圖象可知，在相同的溫度下，平衡后混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)（φ），按p1、p2、p3順序依次減小，由于該反應(yīng)是一個氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大則氨的體積分?jǐn)?shù)越大，因此p1、p2和p3由大到小的順序是p1＞p2＞p3，其原因是：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。

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，由圖象可知，A點的溫度和壓強(qiáng)均小于B點，則vA(N2)＜vB(N2)。

③若在250℃、p1條件下，反應(yīng)達(dá)到平衡時容器的體積為1L，初始時N2、H2分別為0.1mol、0.3mol。設(shè)N2、H2的變化是分別為x和3x，則N2、H2的平衡量分別為(0.1mol-x)、(0.3mol-3x)，NH3的平衡量為2x，由于該條件下，在平衡混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)為66.7%，則有，解之得x=0.08mol，因為容器的體積為1L，所以合成氨的平衡常數(shù)K=5925.9L2/mol2。

（3）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)。該反應(yīng)是一個氣體分子數(shù)增多的吸熱反應(yīng)。

①混合氣體的壓強(qiáng)不變，說明氣體的分子數(shù)不變，達(dá)到平衡；

②反應(yīng)過程中，不斷有固體轉(zhuǎn)化為氣體，氣體的質(zhì)量增大，則氣體的密度增大，故當(dāng)混合氣體的密度不變時，達(dá)到平衡；

③混合氣體的總物質(zhì)的量不變說明氣體的分子數(shù)不變，達(dá)到平衡。

④因為反應(yīng)物只有固體，所以混合氣體的平均相對分子質(zhì)量在反應(yīng)開始后一直不變，故無法據(jù)此判斷是否達(dá)到平衡；

⑤NH3的體積分?jǐn)?shù)在反應(yīng)混合氣中是定值，無法據(jù)此判斷是否達(dá)到平衡；

綜上所述，能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是①②③。