Question

人工固氮是指將氮元素由游離態(tài)轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的過程。據(jù)報道,常溫、常壓、光照條件下,N₂在摻有少量氧化鐵的二氧化鈦催化劑表面能與水發(fā)生反應(yīng)，生成的主要產(chǎn)物為NH₃，相應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：N₂(g)+3H₂O(l)2NH₃(g)+O₂(g)  △H="+765.0kJ" /mol。

Ⅰ．請在下圖所示的坐標中畫出上述反應(yīng)在有催化劑和無催化劑兩種情況下反應(yīng)體系中的能量變化示意圖，并進行標注(包括△H)。

Ⅱ．目前工業(yè)合成氨的原理是：N₂(g)+ 3H₂(g)2NH₃(g)  △H=－93.0kJ /mol。

回答下列問題：

(1)氫氣的燃燒熱△H=_______________kJ/mol。

(2)在恒溫恒容密閉容器中進行的合成氨反應(yīng)，下列能表示達到平衡狀態(tài)的是_______(填序號)。

a．混合氣體的壓強不再發(fā)生變化

b．混合氣體的密度不再發(fā)生變化

c．反應(yīng)容器中N₂、NH₃的物質(zhì)的量的比值不再發(fā)生變化

d．單位時間內(nèi)斷開a個H－H鍵的同時形成3 a個N－H鍵

e．三種物質(zhì)的濃度比恰好等于化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比

(3)在恒溫恒容的密閉容器中，合成氨反應(yīng)的各物質(zhì)濃度變化曲線如下圖所示。請回答下列問題：

① 表示N₂的濃度變化的曲線是              (選填曲線代號“A”、“B”或“C”)。

② 前25 min 內(nèi)，用H₂的濃度變化表示的化學(xué)反應(yīng)平均速率是            。

③在25 min 末反應(yīng)剛好達到平衡，則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K =        (計算結(jié)果可用分數(shù)表示)。若升高溫度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)值將_______(填“增大”、 “減小”或“不變”)。

(4)在第25 min 末，保持其它條件不變，若升高反應(yīng)溫度并設(shè)法保持該溫度不變，在第35 min末再次達到平衡。平衡移動過程中H₂濃度變化了1.5 mol·L^－1，請你在圖中畫出第25 min ～ 40 min NH₃濃度變化曲線。

(5)在一定溫度下，將1 mol N₂和3 mol H₂混合置于體積不變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，達到平衡狀態(tài)時，測得氣體總物質(zhì)的量為2.8 mol 。

①達平衡時，H₂的轉(zhuǎn)化率α₁ = ____________。

②在相同條件下，若起始時只將NH₃置于該容器中，達到平衡狀態(tài)時NH₃的轉(zhuǎn)化率為α₂，當α₁ + α₂ =1時，則起始時n (NH₃)= ________mol。

 

Answer 1

【答案】

或

Ⅱ. (1)－286.0(1分)

(2) a c  (每個1分，共2分，有錯不得分。)

(3)① C (1分)         ② 0.12 mol·L^－1·min^－1(2分)

③ 4/27 (或0.148、0.15) (2分，寫單位也得分)         減小(1分)

(4)

(5)① 60%(2分)         ② 2(1分)

【解析】

試題分析：Ⅰ．催化劑可以降低反應(yīng)的活化能，加快反應(yīng)速率，但不能改變反應(yīng)熱，據(jù)此可以作圖或。

Ⅱ．（1）根據(jù)蓋斯定律可知，（②－①）÷3即得到H₂(g)＋1/2O₂(g)H₂O(l)，所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱是△H＝（－93.0kJ /mol－765.0kJ /mol）÷3＝－286.0 kJ /mol，所以氫氣的燃燒熱是△H＝－286.0 kJ /mol。

（2）在一定條件下，當可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時（但不為0），反應(yīng)體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學(xué)平衡狀態(tài)，所以選項c可以說明。該反應(yīng)是體積減小的可逆反應(yīng)，所以當壓強不再發(fā)生變化時，可以說明，a正確；密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應(yīng)過程中質(zhì)量和容積始終是不變的，b不正確。D中反應(yīng)速率的方向是相同的，不正確。速率之比是相應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)之比，因此e中的關(guān)系始終是成立，不正確，因此答案選ac。

（3）①根據(jù)圖像可知，反應(yīng)進行到25min時物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，此時ABC的濃度變化量分別是（mol/L）A減少3.0，B增加2.0，C減少1.0，所以表示N₂的濃度變化的曲線是C，表示H₂的濃度變化的曲線是A，表示氨氣的濃度變化的曲線是B。

②前25 min 內(nèi)，用H₂的濃度變化表示的化學(xué)反應(yīng)平均速率是3.0mol/L÷25min＝0.12 mol·L^－1·min^－1。

③根據(jù)平衡常數(shù)的表達式可知，該反應(yīng)的K＝。由于正方應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以若升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，該反應(yīng)的平衡常數(shù)值將減小。

（4）升高溫度，反應(yīng)速率增大，但平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以根據(jù)氫氣的濃度變化量可知，平衡時氨氣的濃度應(yīng)該是1.0mol/L，所以該圖應(yīng)該是（見答案）。

（5）①         N₂(g)+ 3H₂(g)2NH₃(g)

起始量（mol）   1      3          0

轉(zhuǎn)化量（mol）   x      3x         2x

平衡量（mol） 1－x   3－3x        2x

則1－x＋3－3x＋2x＝2.8

解得x＝0.6

所以氫氣的轉(zhuǎn)化率是60%。

②α₁ + α₂ ＝1，所以氨氣的轉(zhuǎn)化率是40%，則

N₂(g)+ 3H₂(g)2NH₃(g)

起始量（mol）   0      0          y

轉(zhuǎn)化量（mol）   0.2y  0.6y      0.4y

平衡量（mol）   0.2y  0.6y      y－0.4y

則0.2y＋0.6y＋y－0.4y＝2.8

解得y＝2

考點：考查外界條件對反應(yīng)速率和平衡狀態(tài)的影響、反應(yīng)速率和平衡常數(shù)以及反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的有關(guān)計算

點評：該題以化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡為載體，重點考查學(xué)生靈活運用基礎(chǔ)知識解決實際問題的能力。試題綜合性強，貼近高考，易于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)求知欲。有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力和應(yīng)試能力，提高學(xué)生的規(guī)范答題能力和學(xué)習(xí)效率。