Question

5．硝酸工業(yè)是國民經(jīng)濟的命脈產(chǎn)業(yè)，工業(yè)制硝酸通常是如下過程：
步驟一：氮氣與氫氣合成氨氣；步驟二：氨氣的催化氧化；步驟三：NO的氧化再水化．
請回答下列問題：
（1）對于N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H₁kJ/mol，滿足如圖1象：
①根據(jù)圖△H₁＜0，T₃＜T₄．（填“＞”“＜”“=”）
②若溫度為T₁且容積為2L的密閉容器下中，發(fā)生合成氨的反應(yīng)，起始時通入2mol的N₂和6mol的H₂，10分鐘達到平衡狀態(tài)，此時NH₃的體積分數(shù)為60%．則0到10min內(nèi)用H₂表示化學(xué)反應(yīng)速率為0.225mol/（L•min），N₂的轉(zhuǎn)化率為75%，反應(yīng)開始和平衡狀態(tài)體系的壓強之比等于8：5．T₁溫度下平衡常數(shù)K≈21.3，若升高溫度K值減小．（填“增大”“減小”“不變”）
③若第②小問中反應(yīng)體系達到平衡后，再通入1mol N₂和3mol H₂，則H₂轉(zhuǎn)化率增大．（填“增大”“減小”“不變”）
④若恒定溫度為T₁，容積為2L，則若開始通入2mol N₂和2mol H₂和2mol的NH₃則反應(yīng)開始時V_正＞V_逆（填“＞”“＜”“=”），達到新的平衡狀態(tài)后，再通入2mol N₂，則N₂的轉(zhuǎn)化率降低．（填“升高”、“降低”或者“不變”）
⑤對于合成氨的體系中，既可以增大反應(yīng)速率又可以提高H₂的轉(zhuǎn)化率的措施有增大壓強和增大N₂濃度．（填兩點即可）
（2）已知：

化學(xué)鍵	N≡N	H-H	N-H
鍵能/kJ/mol	a	b	c

則△H₁=（a+3b-6c）kJ/mol，問題（1）第②小問中能量變化為9c-1.5a-4.5bkJ．
（3）已知：
①N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H₁kJ/mol
②4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（l）△H₂kJ/mol
③4NO（g）+3O₂（g）+2H₂O（g）═4HNO₃（aq）△H₃kJ/mol
則N₂（g）+3H₂（g）+4O₂（g）═2HNO₃（aq）+2H₂O（l）△H=（△H₁+0.5△H₂+0.5△H₃）kJ/mol（用a、b、c、△H₂和△H₃表示）

Answer 1

分析 （1）①看圖1根據(jù)“先拐先平數(shù)值大”的原則判定T₁＞T₂，由T₂到T₁是升溫過程，升高溫度導(dǎo)致N₂的轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向移動，則逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H₁＜0；看圖2先固定某一橫坐標(biāo)不變，由T₄到T₃，NH₃的百分含量增大，說明平衡正向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
②對該過程列“起、轉(zhuǎn)、平”得：
                   N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始物質(zhì)的量：2            6           0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量：x          3x            2x
平衡物質(zhì)的量：2-x        6-3x        2x
根據(jù)平衡時“NH₃的體積分數(shù)為60%”列等式為：$\frac{2x}{2-x+6-3x+2x}$×100%=60%，則x=1.5，
結(jié)合v=$\frac{△c}{△t}$、轉(zhuǎn)化率=$\frac{轉(zhuǎn)化的量}{開始的量}$×100%、恒溫恒容時壓強之比等與氣體的物質(zhì)的量之比、K為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比；升高溫度平衡逆向移動；
③再次加入1mol N₂和3mol H₂，相當(dāng)于加壓，平衡正向移動；
④根據(jù)Q_c和K值的相對大小可以判定平衡移動方向，Qc=$\frac{{1}^{2}}{1×{1}^{3}}$，Q_c＜K，平衡正向移動，V_正＞V_逆．增大一種反應(yīng)物濃度，會使另一種反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大；
⑤加壓速率加快且正向移動H₂轉(zhuǎn)化率增大．增大N₂濃度，導(dǎo)致反應(yīng)物濃度增大速率加快，且平衡正向移動；
（2）反應(yīng)熱等于反應(yīng)物斷鍵吸收能量與生成物成鍵放熱能量之差，反應(yīng)吸放熱與產(chǎn)物的物質(zhì)的量成正比；
（3）由①N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H₁kJ/mol
②4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（l）△H₂kJ/mol
③4NO（g）+3O₂（g）+2H₂O（g）═4HNO₃（aq）△H₃kJ/mol
結(jié)合蓋斯定律可知（①式×2+②式+③式）÷2即可得N₂（g）+3H₂（g）+4O₂（g）═2HNO₃（aq）+2H₂O（l）．

解答 解：（1）①看圖1根據(jù)“先拐先平數(shù)值大”的原則判定T₁＞T₂，由T₂到T₁是升溫過程，升高溫度導(dǎo)致N₂的轉(zhuǎn)化率減小，平衡逆向移動，則逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H₁＜0；看圖2先固定某一橫坐標(biāo)不變，由T₄到T₃，NH₃的百分含量增大，說明平衡正向移動，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故采取措施為降低溫度，則T₃＜T₄，故答案為：＜；＜；
②對該過程列“起、轉(zhuǎn)、平”得：
                   N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始物質(zhì)的量：2            6           0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量：x          3x            2x
平衡物質(zhì)的量：2-x        6-3x        2x
根據(jù)平衡時“NH₃的體積分數(shù)為60%”列等式為：$\frac{2x}{2-x+6-3x+2x}$×100%=60%，則x=1.5，
故0到10min內(nèi)用H₂表示化學(xué)反應(yīng)速率為$\frac{\frac{4.5mol}{2L}}{10min}$=0.225mol/（L•min），N₂的轉(zhuǎn)化率為$\frac{1.5mol}{2mol}$×100%=75%；
根據(jù)恒溫恒容時，壓強之比等與氣體的物質(zhì)的量之比，故反應(yīng)開始和平衡狀態(tài)體系的壓強之比等于（2+6）：（0.5+1.5+3）=8：5；
由平衡時濃度可知平衡常數(shù)K=$\frac{1．{5}^{2}}{0.25×0.7{5}^{3}}$=21.3，升高溫度平衡逆向移動，導(dǎo)致生成物濃度減小，反應(yīng)物濃度增大，K的分子變小，分母變大，K值減小，
故答案為：0.225；75%；8：5；21.3；減�。�
③再次加入1mol N₂和3mol H₂，相當(dāng)于加壓，平衡正向移動，H₂轉(zhuǎn)化率增大，
故答案為：增大；
④Qc=$\frac{{1}^{2}}{1×{1}^{3}}$=1，Q_c＜K，平衡正向移動，V_正＞V_逆．增大一種反應(yīng)物濃度，會使另一種反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率增大，自身轉(zhuǎn)化率減小，故答案為：＞； 降低；
⑤加壓速率加快且正向移動H₂轉(zhuǎn)化率增大．增大N₂濃度，導(dǎo)致反應(yīng)物濃度增大速率加快，且平衡正向移動H₂轉(zhuǎn)化率增大，
故答案為：增大壓強和增大N₂濃度；
（2）由表格中數(shù)據(jù)及N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）可知△H₁=（a+3b-6c）kJ/mol，焓變?yōu)樨�，由反�?yīng)吸放熱與產(chǎn)物的物質(zhì)的量成正比得：$\frac{2}{6c-a-3b}=\frac{3}{x}$，解得x=9c-1.5a-4.5b，
故答案為：（a+3b-6c）；9c-1.5a-4.5b；
（3）由①N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H₁kJ/mol
②4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（l）△H₂kJ/mol
③4NO（g）+3O₂（g）+2H₂O（g）═4HNO₃（aq）△H₃kJ/mol
結(jié)合蓋斯定律可知（①式×2+②式+③式）÷2即可得N₂（g）+3H₂（g）+4O₂（g）═2HNO₃（aq）+2H₂O（l），故△H=（△H₁+0.5△H₂+0.5△H₃）kJ/mol，
故答案為：（△H₁+0.5△H₂+0.5△H₃）．

點評 本題考查化學(xué)平衡的計算，為高頻考點，把握平衡影響因素、蓋斯定律應(yīng)用、化學(xué)平衡三段法應(yīng)用為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與計算能力的考查，綜合性較強，題目難度不大．