Question

【题目】为了改善环境，科学家投入了大量的精力研究碳、氮及其化合物的转化。请回答下列有关问题:

（1）利用N2与H2合成氨是重要的工业反应，下图为反应过程中的能量变化关系。

①反应中加入铁粉可以提高反应速率，其原因是____________。

②已知某些化学键键能数据如下表:

化学键	H-H	N≡N	N-H
E/(kJ/mol)	436	946	391

反应N2(g)+H2(g)NH3(g)的活化能Ea=254kJ/mol，则反应NH3(g)N2(g)+H2(g)的活化能Eb=______kJ/mol。

（2）汽车内燃机工作时会将N2转化为NO，反应式为N2(g)+O2(g) 2NO(g)，该反应在不同温度下的平衡常数K如下表:

温度	27℃	2000℃
K	3.8×10-31	0.1

温度为2000℃，某时刻测得反应体系中各物质的浓度分别为c(N2)=0.2mol/L，c(O2)=0.03mol/L，c(NO)=0.03mol/L，此时该反应的速率(v)应满足的关系为_______(填字母序号)。

A.v正>v逆 B.v正=v逆 C.v正<v逆 D.无法确定

（3）工业上可将CO转化成甲醇，反应式为:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。若在一容积可变的密闭容器中充入1molCO和2molH2进行反应，初始体积为3L，保持压强不变，反应后CO的平衡转化率随温度(T)的变化如右图中曲线所示。

①若所加的CO和H2的量以及反应温度均不变，则达到平衡状态A、B时的压强pA____pB(填“>”、“<”或“=”)，其原因是___________________。

②若达到化学平衡状态A时，CO的体积分数为25%，此时CO的转化率为_____；平衡常数KA=________。

Answer 1

【答案】 降低了合成氨反应的活化能 300 C < 该反应为气体分子数减小的反应，增大压强，有利于平衡向正向移动。CO转化率升高，故pA<pB 50% 4L2/mol2

【解析】(1)①通过图像可出铁粉作催化剂，降低了合成氨反应的活化能，提高了反应速率；正确答案：降低了合成氨反应的活化能。

②针对反应N2(g)+ H2(g) NH3(g)，反应热=反应物断键吸收的总能量-生成物成键放出的总能量=436×1.5+946×0.5-3×391=-46 kJ·mol-1；反应热=Ea-Eb=-46，254-Eb=-46，Eb=300 kJ·mol-1，所以反应NH3(g) N2(g) + H2(g) 的活化能Eb=300 kJ·mol-1；正确答案：300。

(2) ，平衡逆向移动，v(正)(逆)，正确答案：C。

(3) ①该反应为气体分子数减小的反应，增大压强，平衡右移，CO转化率升高，所以根据图像可知：PA小于pB；正确答案：< ；该反应为气体分子数减小的反应，增大压强，有利于平衡向正向移动。

② 设一氧化碳的变化量为X mol；

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。

起始量 1 2 0

变化量 X 2X X

平衡量 1-X 2-2X X

若达到化学平衡状态A时，CO的体积分数为25%，（1-X）/(1-X+2-2X+X)= 0.25，X=0.5mol, 此时CO的转化率为0.5/1×100%=50%；根据气体的总量和体积成正比规律：反应前混合气体为3mol，体积为3L，反应后混合气体为2 mol，体积为2L，平衡后各物质浓度为c(CH3OH)=0.5/2=0.25mol/L, c(CO)=0.5/2=0.2mol/L, c(H2)=1/2=0.5mol/L,平衡常数KA=c(CH3OH)/c(CO)c2(H2)=0.25/0.25×(0.5)2= 4L2/mol2；正确答案：50%； 4L2/mol2。