Question

5．合成氨工業(yè)對(duì)工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防都有重要意義．
已知：N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）；△H=-92.4kJ•mol^-1，請(qǐng)回答：
（1）合成氨工業(yè)中采取的下列措施可以用勒夏特列原理解釋的是bcd（填字母）．
a．用鐵作催化劑加快化學(xué)反應(yīng)速率       
b．采用較高壓強(qiáng)（20Mpa-50MPa）
c．增大N₂的濃度提高H₂的轉(zhuǎn)化率       
d．將生成的氨液化并及時(shí)從體系中分離出
e．加熱到500℃
（2）請(qǐng)?jiān)诖痤}卡的坐標(biāo)圖中畫出上述反應(yīng)在有催化劑與無催化劑兩種情況下反應(yīng)過程中體系能量變化示意圖（有催化劑的用虛線，并標(biāo)出△H）．
（3）500℃時(shí)，設(shè)在容積為2.0L的密閉容器中充入0.2molN₂（g）和0.8molH₂（g），達(dá)平衡時(shí)的壓強(qiáng)為起始的$\frac{4}{5}$．計(jì)算：
①N₂的轉(zhuǎn)化率50%；
②該溫度下反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常數(shù)K₁=12.8；
③若向該容積起始充入的N₂、H₂、NH₃的量分別為0.1mol、0.6mol、0.2mol，則反應(yīng)將向正方向進(jìn)行．．

Answer 1

分析 （1）勒夏特列原理為：如果改變影響平衡的條件之一，平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)，使用勒夏特列原理時(shí)，該反應(yīng)必須是可逆反應(yīng)，否則勒夏特列原理不適用；
（2）催化劑能降低反應(yīng)所需活化能，能同等程度的增大正逆反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的時(shí)間，但不引起平衡移動(dòng)；
（3）先設(shè)氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率，再根據(jù)參加反應(yīng)的氮?dú)獾牧坑?jì)算平衡時(shí)生成氨氣的物質(zhì)的量、剩余氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量和剩余氫氣的物質(zhì)的量，再結(jié)合氨氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算氨氣的轉(zhuǎn)化率．

解答 解：（1）a．用鐵作催化劑加快化學(xué)反應(yīng)速率，催化劑不能使平衡移動(dòng)，使用催化劑是為了加快化學(xué)反應(yīng)速率，用勒夏特列原理無法解釋，故錯(cuò)誤；
b．采用較高壓強(qiáng)（20Mpa-50MPa），合成氨是氣體體積減小的反應(yīng)，加壓至20～50MPa，有利于化學(xué)平衡正向移動(dòng)，有利于氨的合成，故正確；
c．增大N₂的濃度平衡正向移動(dòng)，提高H₂的轉(zhuǎn)化率，故正確；
d．將生成的氨液化并及時(shí)從體系中分離出來，將氨及時(shí)液化分離，利于化學(xué)平衡正向移動(dòng)，有利于氨的合成，故正確；
e．加熱到500℃合成氨是放熱反應(yīng)，升溫會(huì)使平衡逆向移動(dòng)，降低轉(zhuǎn)化率，升溫的目的是為了保證催化劑的催化活性，加快化學(xué)反應(yīng)速率，不能用勒夏特列原理解釋，故錯(cuò)誤；
故選bcd；
（2）催化劑能降低反應(yīng)所需活化能，能同等程度的增大正逆反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的時(shí)間，但不引起平衡移動(dòng)，反應(yīng)物和生成物總能量不變，所以其圖象為，故答案為：；
（3）①設(shè)氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率是x．
       N₂ +3H₂ ?2NH₃
反應(yīng)前0.2    0.8        0
反應(yīng)  0.2x   0.6x     0.4x
平衡0.2（1-x）0.8-0.6x 0.4x
由題意可知：
$\frac{0.2+0.8}{1-0.4x}$x=50%，
故答案為：50%；
②所以N₂的0.2（1-x）=0.1，H₂ 的0.8-0.6x=0.1；NH₃的0.4x=0.2；所以
K₁=$\frac{\frac{0.1}{2}×（\frac{0.1}{2}）^{3}}{（\frac{0.2}{2}）^{2}}$=12.8；答：平衡常數(shù)K₁為12.8；
③若向該容積起始充入的N₂、H₂、NH₃的量分別為0.1mol、0.6mol、0.2mol，Qc=$\frac{\frac{0.1}{2}×（\frac{0.6}{2}）^{3}}{（\frac{0.2}{2}）^{2}}$＞K₁，所以平衡正向移動(dòng)，故答案為：正．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡有關(guān)計(jì)算、化學(xué)平衡移動(dòng)原理等知識(shí)點(diǎn)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析判斷及計(jì)算能力，利用三段式法進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，易錯(cuò)點(diǎn)是平衡移動(dòng)方向判斷，題目難度不大．