Question

5．合成氨工业对工、农业生产和国防都有重要意义．
已知：N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）；△H=-92.4kJ•mol^-1，请回答：
（1）合成氨工业中采取的下列措施可以用勒夏特列原理解释的是bcd（填字母）．
a．用铁作催化剂加快化学反应速率       
b．采用较高压强（20Mpa-50MPa）
c．增大N₂的浓度提高H₂的转化率       
d．将生成的氨液化并及时从体系中分离出
e．加热到500℃
（2）请在答题卡的坐标图中画出上述反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图（有催化剂的用虚线，并标出△H）．
（3）500℃时，设在容积为2.0L的密闭容器中充入0.2molN₂（g）和0.8molH₂（g），达平衡时的压强为起始的$\frac{4}{5}$．计算：
①N₂的转化率50%；
②该温度下反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常数K₁=12.8；
③若向该容积起始充入的N₂、H₂、NH₃的量分别为0.1mol、0.6mol、0.2mol，则反应将向正方向进行．．

Answer 1

分析 （1）勒夏特列原理为：如果改变影响平衡的条件之一，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动，使用勒夏特列原理时，该反应必须是可逆反应，否则勒夏特列原理不适用；
（2）催化剂能降低反应所需活化能，能同等程度的增大正逆反应速率，缩短反应达到平衡状态的时间，但不引起平衡移动；
（3）先设氮气的转化率，再根据参加反应的氮气的量计算平衡时生成氨气的物质的量、剩余氮气的物质的量和剩余氢气的物质的量，再结合氨气的质量分数计算氨气的转化率．

解答 解：（1）a．用铁作催化剂加快化学反应速率，催化剂不能使平衡移动，使用催化剂是为了加快化学反应速率，用勒夏特列原理无法解释，故错误；
b．采用较高压强（20Mpa-50MPa），合成氨是气体体积减小的反应，加压至20～50MPa，有利于化学平衡正向移动，有利于氨的合成，故正确；
c．增大N₂的浓度平衡正向移动，提高H₂的转化率，故正确；
d．将生成的氨液化并及时从体系中分离出来，将氨及时液化分离，利于化学平衡正向移动，有利于氨的合成，故正确；
e．加热到500℃合成氨是放热反应，升温会使平衡逆向移动，降低转化率，升温的目的是为了保证催化剂的催化活性，加快化学反应速率，不能用勒夏特列原理解释，故错误；
故选bcd；
（2）催化剂能降低反应所需活化能，能同等程度的增大正逆反应速率，缩短反应达到平衡状态的时间，但不引起平衡移动，反应物和生成物总能量不变，所以其图象为，故答案为：；
（3）①设氮气的转化率是x．
       N₂ +3H₂ ?2NH₃
反应前0.2    0.8        0
反应  0.2x   0.6x     0.4x
平衡0.2（1-x）0.8-0.6x 0.4x
由题意可知：
$\frac{0.2+0.8}{1-0.4x}$x=50%，
故答案为：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：平衡常数K₁为12.8；
③若向该容积起始充入的N₂、H₂、NH₃的量分别为0.1mol、0.6mol、0.2mol，Qc=$\frac{\frac{0.1}{2}×（\frac{0.6}{2}）^{3}}{（\frac{0.2}{2}）^{2}}$＞K₁，所以平衡正向移动，故答案为：正．

点评 本题考查化学平衡有关计算、化学平衡移动原理等知识点，为高频考点，侧重考查学生分析判断及计算能力，利用三段式法进行有关计算，易错点是平衡移动方向判断，题目难度不大．