Question

【題目】課本里介紹的合成氨技術(shù)叫哈伯法，是德國諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者哈伯發(fā)明的。其合成原理為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H<0，△S<0。

（1）下列關(guān)于工業(yè)合成氨的說法不正確的是___

A.因?yàn)?/span>△H<0，所以該反應(yīng)一定能自發(fā)進(jìn)行

B.因?yàn)?/span>△S<0，所以該反應(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)行

C.在高溫下進(jìn)行是為了提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率

D.使用催化劑加快反應(yīng)速率是因?yàn)榇呋瘎┙档土朔磻?yīng)的活化能

（2）在恒溫恒容密閉容器中進(jìn)行合成氨的反應(yīng)，下列能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是___。

a.容器內(nèi)N2、H2、NH3的濃度之比為1：3：2

b.v(N2)正=3 v(H2)逆

c.容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變

d.混合氣體的密度保持不變

（3）工業(yè)上合成氨的部分工藝流程如下：

請(qǐng)用平衡移動(dòng)原理來解釋在流程中及時(shí)分離出氨氣和循環(huán)使用氣體的原因___。

（4）某科研小組研究：在其他條件不變的情況下，改變起始物氫氣的物質(zhì)的量對(duì)工業(yè)合成氨反應(yīng)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示（圖中T表示溫度，n表示H2物質(zhì)的量）。

①圖象中T2和T1的關(guān)系是：T2__T1（填“>，<或=”）

②a、b、c、d四點(diǎn)所處的平衡狀態(tài)中，反應(yīng)物N2 的轉(zhuǎn)化率最高的是__（填字母）。

（5）恒溫下，往一個(gè)4L的密閉容器中充入5.2molH2和2molN2，反應(yīng)過程中對(duì)NH3的濃度進(jìn)行檢測，得到的數(shù)據(jù)如下表所示：

時(shí)間/min	5	10	15	20	25	30
c(NH3)/mol·L-1	0.08	0.14	0.18	0.20	0.20	0.20

①此條件下該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=__。

②若維持容器體積不變，溫度不變，往原平衡體系中加入H2、N2和NH3各4mol，化學(xué)平衡將向___反應(yīng)方向移動(dòng)（填“正”或“逆”）。

③N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92kJ/mol。在恒溫恒容的密閉容器中充入1molN2和一定量的H2發(fā)生反應(yīng)。達(dá)到平衡后，測得反應(yīng)放出的熱量為18.4kJ，容器內(nèi)的壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼?/span>90％，則起始時(shí)充入的H2的物質(zhì)的量為__mol。

（6）已知：2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92kJ/mol

N2(g)+O2(g)＝2NO(g) ΔH=+181kJ/mol

2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) ΔH=-484kJ/mol

寫出氨氣催化氧化生成NO和水蒸氣的熱化學(xué)方程式__。

Answer 1

【答案】ABC c 減少生成物濃度，同時(shí)增加反應(yīng)物濃度，可以使平衡正向進(jìn)行程度更大，提高產(chǎn)率 < c 0.1 逆 3 4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) ΔH =－906kJ·mol-1

【解析】

（1）當(dāng)△G=△H-T△S<0反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，由于該反應(yīng)△H<0，△S<0，因此當(dāng)?shù)蜏叵略摲磻?yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，只根據(jù)△H<0或△S<0，不能判斷該反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行；工業(yè)上合成氨的反應(yīng)條件是在高溫、高壓、催化劑條件下進(jìn)行反應(yīng)的，在高溫下進(jìn)行是為了使催化劑達(dá)到最大活性，加快反應(yīng)速率， 使用催化劑低了反應(yīng)的活化能，因此加快反應(yīng)速率；

（2）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時(shí)要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；

（3）根據(jù)濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響以及對(duì)原料利用率的影響來分析；及時(shí)分離出氨氣，生成物的濃度減少，平衡正向移動(dòng)，提高氨氣的產(chǎn)率；循環(huán)利用氮?dú)夂蜌錃�，提高氮�(dú)夂蜌錃獾霓D(zhuǎn)化率；

（4）①根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響知識(shí)來回答；

②根據(jù)a、b、c三點(diǎn)所表示的意義來回答；

（5）①由表中數(shù)據(jù)可知，20min達(dá)平衡，平衡時(shí)NH3的濃度為0.20mol/L，利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式k=計(jì)算；

②溫度不變平衡常數(shù)不變，計(jì)算此時(shí)的濃度，進(jìn)而計(jì)算濃度商Qc，比較濃度商與平衡常數(shù)的大小，判斷反應(yīng)進(jìn)行方向；

③恒溫恒容條件下，氣體的壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，反應(yīng)達(dá)到平衡后，混合氣體的物質(zhì)的量為3.6mol，容器內(nèi)的壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼?/span>90%，則反應(yīng)前混合氣體的物質(zhì)的量為4mol，反應(yīng)前混合氣體的物質(zhì)的量為4mol，為氫氣和氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量之和；

（1）A. 當(dāng)△G=△H-T△S<0反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，由于該反應(yīng)△H<0，△S<0，因此當(dāng)?shù)蜏叵略摲磻?yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，只根據(jù)△H<0，不能判斷該反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，故A錯(cuò)誤；

B. 當(dāng)△G=△H-T△S<0反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，由于該反應(yīng)△H<0，△S<0，因此當(dāng)?shù)蜏叵略摲磻?yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，只根據(jù)△S<0，不能判斷該反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，故B錯(cuò)誤；

C.工業(yè)上合成氨的反應(yīng)條件是在高溫、高壓、催化劑條件下進(jìn)行反應(yīng)的，在高溫下進(jìn)行是為了使催化劑達(dá)到最大活性，加快反應(yīng)速率，故C錯(cuò)誤；

D.使用催化劑低了反應(yīng)的活化能，因此加快反應(yīng)速率，故D正確；

答案選ABC；

（2）a. 容器內(nèi)N2、H2、NH3的濃度之比為1：3：2，不能說明濃度不變，故a錯(cuò)誤；

b. v(N2)正=3v(H2)正是同向的反應(yīng)速率，不能說明反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故b錯(cuò)誤；

c. 容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，說明氣體的物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故c正確；

d. 混合氣體的密度一直保持不變，故d錯(cuò)誤；

答案選c；

（3）生成物的濃度減少，平衡正向移動(dòng)，所以及時(shí)分離出氨氣，平衡正向移動(dòng)，提高氨氣的產(chǎn)率；循環(huán)利用氮?dú)夂蜌錃猓�提高氮�(dú)夂蜌錃獾霓D(zhuǎn)化率，

答案為：減少生成物濃度，同時(shí)增加反應(yīng)物濃度，可以使平衡正向進(jìn)行程度更大，提高產(chǎn)率；

（4）①反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高化學(xué)平衡向著吸熱方向進(jìn)行，升高溫度氨氣的含量降低，則T1>T2，

故答案為<；

②b點(diǎn)代表平衡狀態(tài)，c、d點(diǎn)又加入了氫氣，故平衡向右移動(dòng)，氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率增大，T1>T2，溫度升高化學(xué)平衡向著吸熱方向進(jìn)行，升高溫度氨氣的含量降低，因此c點(diǎn)的氮?dú)廪D(zhuǎn)化率大于d點(diǎn)，

故答案為c；

（5）①由表中數(shù)據(jù)可知，20min達(dá)平衡，平衡時(shí)NH3的濃度為0.20mol/L，則：

故平衡常數(shù)K===0.1

答案為：0.1；

②反應(yīng)達(dá)到平衡后，若維持容器體積不變，溫度不變，往平衡體系中加入H2、N2和NH3各4mol，則此時(shí)各物質(zhì)的濃度為：

H2為1mol/L+=2mol/L，N2為0.4mol/L+=1.4mol/L，NH3為0.2mol/L+=1.2mol/L，故濃度商Qc==0.13>0.1，故反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，

答案為：逆；

③恒溫恒容條件下，氣體的壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，反應(yīng)達(dá)到平衡后，混合氣體的物質(zhì)的量為3.6mol，容器內(nèi)的壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼?/span>90%，則反應(yīng)前混合氣體的物質(zhì)的量為4mol，即反應(yīng)前氫氣和氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為4mol，由于氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為1mol，則氫氣的物質(zhì)的量為3mol，

答案為：3；

（6）已知:①N2(g)+O2(g)＝

②N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=-92kJ/mol

③2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) ΔH=-484kJ/mol

由蓋斯定律可知，①×2-②×2+③×3得: 氨氣催化氧化生成NO和水蒸氣的熱化學(xué)方程式4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)ΔH =－906kJ·mol-1，

答案為：4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) ΔH =－906kJ·mol-1；