Question

8．催化剂是化工技术的核心，绝大多数的化工生产需采用催化工艺．
（1）根据最新“人工固氮”的研究报道，在常温、常压、光照条件下，N₂在催化剂（掺有少量Fe₂O₃和TiO₂）表面与水发生反应：2N₂（g）+6H₂O（1）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530kJ•mol^-1
又知：H₂O（g）═H₂O（1）△H=-44.0kJ•mol^-1，4NH₃（g）+3O₂（g）?2N₂（g）+6H₂O（g）△H=-1266kJ•mol^-1．在恒容密闭容器中，当该反应处于平衡状态时，欲使平衡向正反应方向移动且反应速率加快，下列措施可行的是B．（填字母）
A．向平衡混合物中充入Ar             B．向平衡混合物中充入O₂
C．采用更好的催化剂                     D．降低反应的温度
（2）①用氨气制取尿素[CO（NH₂）]的反应为：2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H＜0．
某温度下，向容器为1L的密闭容器中通入4mol NH₃和2molCO₂，该反应进行到40s时，达到平衡，此时CO₂的转化率为50%．图中的曲线表示在前25s内NH₃的浓度随时间的变化．如果保持其他条件不变的情况下使用催化剂，请在图中用实线画出c（NH₃）随时间的变化曲线．
②若保持其他条件不变，向平衡体系中再通入2molNH₃和2molH₂O，此时v_正＞v_逆（填“＞”、“=”或“＜”）

Answer 1

分析 （1）①2N₂（g）+6H₂O（1）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530kJ•mol^-1
②又知：H₂O（g）═H₂O（1）△H=-44.0kJ•mol^-1，
反应-（①+②）可以得到：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g），根据盖斯定律计算反应的△H；根据影响化学反应速率和平衡移动的因素来回答；
（2）①如果保持其他条件不变的情况下使用催化剂，则不会改变化学平衡移动，但是会加快反应速率，根据三行式计算平衡时氨气的浓度；
②若保持其他条件不变，向平衡体系中再通入2molNH₃和2molH₂O，根据Qc和K的关系判断反应进行的方向．

解答 解：（1）①2N₂（g）+6H₂O（1）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530kJ•mol^-1
②又知：H₂O（g）═H₂O（1）△H=-44.0kJ•mol^-1，
反应-（①+②）可以得到：4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（g），根据盖斯定律，得到反应的△H=-（1530kJ•mol^-1+44.0kJ•mol^-1）=-1266kJ•mol^-1；
A．向平衡混合物中充入Ar，在恒容密闭容器中，各组分浓度不变，所以速率不变，平衡不动，故A错误；
B．向平衡混合物中充入O₂，正逆反应速率加快，平衡正向移动，故B正确；
C．采用更好的催化剂不会改变化学平衡移动，只是会加快反应速率，故C错误；
D．降低反应的温度会降低反应速率，故D错误，故答案为：-1266；B；
（2）①1L的密闭容器中通入4mol NH₃和2molCO₂，该反应进行到40s时，达到平衡，此时CO₂的转化率为50%．
                 2NH₃（g）+CO₂（g）=CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）
初始浓度：4                     2               0                           0
变化浓度：2                     1               1                          1
平衡浓度：2                     1               1                          1
加入催化剂，不会改变化学平衡移动，但是会加快反应速率，得到c（NH₃）随时间的变化曲线如下图所示：，故答案为：；
②若保持其他条件不变，向平衡体系中再通入2molNH₃和2molH₂O，此时Q_c=$\frac{3×1}{{4}^{2}×1}$＜K=0.25，所以平衡会正向移动，v_正＞v_逆．故答案为：＞．

点评 本题考查了热化学方程式和盖斯定律的计算、图象分析，化学平衡计算，平衡常数概念的分析应用是解题关键，题目难度中等．