Question

5．合成氨工業(yè)對工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防都有重要意義．
已知：N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）；△H=-92.4kJ•mol^-1，請回答：
（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反應速率       
b．采用較高壓強（20Mpa-50MPa）
c．增大N₂的濃度提高H₂的轉化率       
d．將生成的氨液化并及時從體系中分離出
e．加熱到500℃
（2）請在答題卡的坐標圖中畫出上述反應在有催化劑與無催化劑兩種情況下反應過程中體系能量變化示意圖（有催化劑的用虛線，并標出△H）．
（3）500℃時，設在容積為2.0L的密閉容器中充入0.2molN₂（g）和0.8molH₂（g），達平衡時的壓強為起始的$\frac{4}{5}$．計算：
①N₂的轉化率50%；
②該溫度下反應：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，則反應將向正方向進行．．

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，使用勒夏特列原理時，該反應必須是可逆反應，否則勒夏特列原理不適用；
（2）催化劑能降低反應所需活化能，能同等程度的增大正逆反應速率，縮短反應達到平衡狀態(tài)的時間，但不引起平衡移動；
（3）先設氮氣的轉化率，再根據(jù)參加反應的氮氣的量計算平衡時生成氨氣的物質的量、剩余氮氣的物質的量和剩余氫氣的物質的量，再結合氨氣的質量分數(shù)計算氨氣的轉化率．

解答 解：（1）a．用鐵作催化劑加快化學反應速率，催化劑不能使平衡移動，使用催化劑是為了加快化學反應速率，用勒夏特列原理無法解釋，故錯誤；
b．采用較高壓強（20Mpa-50MPa），合成氨是氣體體積減小的反應，加壓至20～50MPa，有利于化學平衡正向移動，有利于氨的合成，故正確；
c．增大N₂的濃度平衡正向移動，提高H₂的轉化率，故正確；
d．將生成的氨液化并及時從體系中分離出來，將氨及時液化分離，利于化學平衡正向移動，有利于氨的合成，故正確；
e．加熱到500℃合成氨是放熱反應，升溫會使平衡逆向移動，降低轉化率，升溫的目的是為了保證催化劑的催化活性，加快化學反應速率，不能用勒夏特列原理解釋，故錯誤；
故選bcd；
（2）催化劑能降低反應所需活化能，能同等程度的增大正逆反應速率，縮短反應達到平衡狀態(tài)的時間，但不引起平衡移動，反應物和生成物總能量不變，所以其圖象為，故答案為：；
（3）①設氮氣的轉化率是x．
       N₂ +3H₂ ?2NH₃
反應前0.2    0.8        0
反應  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，故答案為：正．

點評 本題考查化學平衡有關計算、化學平衡移動原理等知識點，為高頻考點，側重考查學生分析判斷及計算能力，利用三段式法進行有關計算，易錯點是平衡移動方向判斷，題目難度不大．