Question

11．硝酸工业是国民经济的命脉产业，工业制硝酸通常是如下过程
步骤一：氮气与氢气合成氨气；步骤二：氨气的催化氧化；步骤三：NO的氧化再水化．
请问答下列问题：对于N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₁kJ/mol，满足如图图象：
①根据图中△H₁＜0，T₃＜T₄．（填“＞”“＜”“=”）
②若温度为T₁且容积为2L的密闭容器下中，发生合成氨的反应，起始时通入2mol的N₂和6mol的H₂，10分钟达到平衡状态，此时NH₃的体积分数为60%．则0到10min内用H₂表示化学反应速率为0.225mol/（L•min），N₂的转化率为75%，反应开始和平衡状态体系的压强之比等于8：5．T₁温度下平衡常数K=21.33，若升高温度K值减小．（填“增大”“减小”“不变”）

Answer 1

分析 ①据图1可知温度高速度快，T₁先达平衡，则T₁＞T₂，从T₁到T₂是降温，氮气的转化率升高，说明平衡正向移动，则正方向是放热反应；在相同压强下，从T₄到T₃氨气的百分含量升高，说明平衡正向移动，对于放热反应，降温向放热方向移动，则T₄＞T₃；
②设平衡时转化的氮气的物质的量为xmol，列三行式求解；恒温恒容，压强之比等于物质的量之比；K=$\frac{生成物平衡时浓度幂之积}{反应物平衡时浓度幂之积}$；对于放热反应，升温，K值减小．

解答 解：①据图1可知温度高速度快，T₁先达平衡，则T₁＞T₂，从T₁到T₂是降温，氮气的转化率升高，说明平衡正向移动，则正方向是放热反应，△H₁＜0；在相同压强下，从T₄到T₃氨气的百分含量升高，说明平衡正向移动，对于放热反应，降温向放热方向移动，则T₄＞T₃，
故答案为：＜；＜；
②设平衡时，转化的氮气的物质的量为xmol，列三行式求解：
                    N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始的物质的量（mol）：2        6        0
转化的物质的量（mol）：x        3x       2x
平衡时物质的量（mol）：2-x      6-3x     2x
NH₃的体积分数为60%，即物质的量分数为60%，$\frac{2x}{2-x+6-3x+2x}$=60%，解得x=1.5，
则0到10min内用H₂表示化学反应速率为v（H₂）=$\frac{△c（{H}_{2}）}{△t}$=$\frac{3×1.5mol}{2L×10min}$=0.225mol/（L•min），
N₂的转化率=$\frac{氮气的转化量}{氮气的起始量}$=$\frac{1.5mol}{2mol}$×100%=75%，
恒温恒容，反应开始和平衡状态体系的压强之比等于反应开始和平衡状态物质的量之比，即$\frac{{P}_{0}}{{P}_{平}}$=$\frac{2mol+6mol}{（2-1.5+6-3×1.5+2×1.5）mol}$=$\frac{8}{5}$，
K=$\frac{生成物平衡时浓度幂之积}{反应物平衡时浓度幂之积}$=$\frac{（\frac{3}{2}）^{2}}{\frac{0.5}{2}×（\frac{1.5}{2}）^{3}}$=21.33，
对于放热反应，升温，K值减小，
故答案为：0.225mol/（L•min）；75%；8：5；21.33；减小．

点评 本题重点考查化学平衡图象的分析，注意拐点代表平衡，先拐先平衡，先拐温度高，在比较温度时要统一压强；化学平衡的计算，三行式是解题的关键，题目难度中等．