Question

【题目】1909年德国化学家哈伯在实验室首次合成氨，合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径，其研究正是基于科学化学反应原理的指导。

（1）已知298K时，N2（g）+3H2（g）2NH3（g），ΔH=–92.2kJ/mol，ΔS=–198.2J/(K·mol)，则根据反应进行的方向综合判据，常温下合成氨反应___（填“能”或“不能”）自发进行。

（2）目前处于研究阶段的化学固氮新方法是N2在催化剂表面与水发生如下反应：

已知：N2(g)+ 3H2(g)2NH3(g) ΔH1=﹣92.4kJ/mol

2H2(g)+ O2(g)2H2O(l) ΔH2=﹣571.6kJ/mol

2N2(g)+ 6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g) ΔH3

则ΔH3=___kJ/mol。

（3）合成氨反应在一密闭容器中发生，如图是某一时间段反应速率与反应进程的关系曲线图。

①t4时刻，体系中是什么条件发生了变化？t4____。

②下列时间段中，氨的百分含量最高的是____。

A．0～t1 B．t2～t3 C．t3～t4 D．t4～t5

（4）在容积为1L的密闭装置中，充入4mol合成气（N2、H2），在400℃时反应，N2的体积分数随时间变化关系如图所示。

①N2、H2的投料比为____。

②反应达到平衡后，测得装置中H2的体积分数为25%，则400℃时，合成氨反应的平衡常数为___(可用分数表示)。

③在恒温恒容下，N2、H2、NH3的投料为1.5mol、0.5mol、1mol，平衡时H2的体积分数为___。

Answer 1

【答案】能 +1530.0 减小压强 A 1:1 25/32 25%

【解析】

（1）根据公式△H－T△S计算；

（2）根据盖斯定律来计算化学反应的焓变；

（3）根据外界条件对反应速率和平衡状态的影响结合图像分析解答；

（4）根据三段式解题。

(1)正反应是体积减小的放热反应，△H－T△S＝–92.2+0.1982×298＜0，所以常温下合成氨反应能自发进行；故答案为：能；

（2）已知：①N2(g)+ 3H2(g)2NH3(g) ΔH1=﹣92.4kJ/mol

②2H2(g)+ O2(g)2H2O(l) ΔH2=﹣571.6kJ/mol

根据盖斯定律，反应2N2(g)+ 6H2O(l)4NH3(g)+3O2(g)可以是①×2-3×②得到，即反应的焓变）△H=（-92.4kJmol-1）×2-3（-571.6kJmol-1）=1530kJmol-1；

（3）①正反应是体积减小的放热反应，由图可知，t1正逆反应速率均增大，且逆反应速率大于正反应速率，改变条件应为升高温度；t3正逆反应速率同等程度的增大，改变条件应为使用催化剂；t4时正逆反应速率均减小，且逆反应速率大于正反应速率，改变条件应为减小压强；

②由图可知，t1平衡逆向移动，t3不移动，t4平衡逆向移动，均使氨气的含量减少，则0～t1时间段中，氨气的百分含量最大，故选A。

（4） N2（g）+3H2（g）2NH3（g）

起始(mol) a 4-a 0

转化(mol) x 3x 2x

平衡(mol) a-x 4-a-3x 2x

根据图象可知，氮气的体积分数为==常数,当a=2时该比值为常数0.5,则N2、H2的物质的量均为2mol,N2、H2的投料比为1:1；

② N2（g）+3H2（g）2NH3（g）

起始(mol/L) 2 2 0

转化(mol/L) y 3y 2y

平衡(mol/L) 2-y 2-3y 2y

H2的体积分数为25%=，y=0.4，所以平衡常数为=25/32

③在恒温恒容下，N2、H2、NH3的投料为1.5mol、0.5mol、1mol，相当于是2mol氮气、2mol氢气，所以平衡是等效的，因此平衡时H2的体积分数为25%。