Question

10．自1913年工业合成氨投产以来，合成氨工业不断发展，氨又可以进一步制备硝酸，在工业上可进行连续生产．请回答下列问题：
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
写出氨气经催化氧化生成一氧化氮气体和水蒸气的热化学方程式：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0kJ/mol．
（2）在一定条件下，合成塔中氮气和氢气的起始浓度分别为a mol•L^-1和b mol•L^-1，反应为：N₂+3H₂?2NH₃，氨气的浓度随时间变化如图所示．在10min时采取的措施是移去部分氨气，点A的平衡常数K=（填“＜”、“＞”或“=”）B点的平衡常数．
（3）在一定体积的恒容密闭容器中，进行如下化学反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），其化学平衡常数K与温度t的关系如表：

t/K	298	398	498	…
K	4.1×106	K1	K2	…

①比较K₁、K₂的大小：K₁＞K₂（填“＞”、“=”或“＜”）．
②判断该反应达到化学平衡状态的依据是AC（填序号）．
A．2v_正（H₂）（正）=3v_逆（NH₃）            B．v_正（N₂）=3v_逆（H₂）
C．容器内压强保持不变                D．混合气体的密度保持不变
（4）在一定温度和催化剂下，将6.4mol H₂和2.4molN₂混合于一个容积为4L的密闭容器中发生反应，在3min末时反应恰好达平衡，此时生成了1.6mol NH₃．计算该条件下的平衡常数为0.4（L/mol）²．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（2）由反应速率为单位时间内浓度的变化量来计算氨气的反应速率，再利用反应速率之比等于化学计量数之比计算氢气的反应速率；由图可知10min时氨气的浓度瞬间减小，平衡常数为生成物浓度幂之比与反应物浓度幂之比的比，温度不变，则化学平衡K不变；
（3）①平衡常数随温度变化，与压强和浓度变化无关，平衡常数变化结合反应一定原理分析判断；
②直接标志：①速率关系：正反应速率与逆反应速率相等，②反应体系中各物质的百分含量保持不变．
间接标志：①混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间的改变而改变（m+n≠p+q）；②各物质的浓度、物质的量不随时间的改变而改变；③各气体的体积、各气体的分压不随时间的改变而改变；
（4）依据化学三行计算列式计算物质的平衡浓度，平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积．

解答 解：（1）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
由盖斯定律③×3-②×2+①×2得到热化学方程式：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0 kJ/mol，
故答案为：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0 kJ/mol；
（2）由图可知10min时氨气的浓度瞬间减小，则采取的措施为移去部分氨气，因A和B点的温度相对，则化学平衡常数K相等，
故答案为：移去部分氨气；=；
（3）①在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，反应是放热反应，依据图表数据分析，温度升高，平衡逆向进行，平衡常数减小，K₁＞K₂；
故答案为：＞；    
②平衡标志最根本的依据是正反应速率等于逆反应速率，反应混合物中各组分的含量保持不变；
A、速率之比等于系数之比，2V_H2（正）=3V_NH3（逆），说明氨气的正反应速率等于氨气的逆反应速率，反应达到平衡，故A符合；
B、速率之比等于系数之比，v_正（N₂）=3v_逆（H₂）不符合速率之比等于系数之比，故B不符合；
C．容器内压强保持不变，反应前后气体体积减小，压强不变，说明平衡不变，故C符合；
D．反应体系中 物质质量守恒，体积相同，密度不变，反应进行过程中，平衡状态混合气体的密度保持不变，故D不符合；
故答案为：AC；
（4）N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）
起始物质的量浓度（mol/L）  0.6      1.6         0
转化物质的量浓度（mol/L）  0.2      0.6         0.4
平衡物质的量浓度（mol/L）  0.4      1           0.4    
k=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0．{4}^{2}}{0.4×{1}^{3}}$=0.4（L/mol）²，
故答案为：0.4（L/mol）²．

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算应用，化学反应能量变化图象分析，平衡标志、平衡常数和平衡计算的判断计算是解题关键，题目难度中等．