自1913年工業(yè)合成氨投產以來,合成氨工業(yè)不斷發(fā)展,氨又可以進一步制備硝酸,在工業(yè)上可進行連續(xù)生產.請回答下列問題:
(1)已知:N2(g)+O2(g)═2NO(g)△H=+180.5kJ/mol
N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.4kJ/mol
2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-483.6kJ/mol
寫出氨氣經催化氧化生成一氧化氮氣體和水蒸氣的熱化學方程式:
 

(2)在一定條件下,合成塔中氮氣和氫氣的起始濃度分別為a mol?L-1和b mol?L-1,反應為:N2+3H2?2NH3,氨氣的濃度隨時間變化如圖1所示.在10min時采取的措施是
 
,點A的平衡常數(shù)K
 
(填“<”、“>”或“=”)B點的平衡常數(shù).
精英家教網(wǎng)
(3)若合成塔內生成17g氨氣放出45.5kJ熱量,在圖2坐標上畫出該合成氨反應過程中能量隨時間的變化示意圖.
(4)在一定體積的恒容密閉容器中,進行如下化學反應:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g),其化學平衡常數(shù)K與溫度t的關系如下表:
t/K 298 398 498
K 4.1×106 K1 K2
①比較K1、K2的大。篕1
 
K2(填“>”、“=”或“<”).
②判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是
 
(填序號).
A.2v(H2)(正)=3v(NH3)            B.v(N2)=3v(H2
C.容器內壓強保持不變                    D.混合氣體的密度保持不變
(5)在一定溫度和催化劑下,將6.4mol H2和2.4molN2混合于一個容積為4L的密閉容器中發(fā)生反應,在3min末時反應恰好達平衡,此時生成了1.6mol NH3.計算該條件下的平衡常數(shù)(寫出計算過程).
 
分析:(1)依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式;
(2)由反應速率為單位時間內濃度的變化量來計算氨氣的反應速率,再利用反應速率之比等于化學計量數(shù)之比計算氫氣的反應速率;由圖可知10min時氨氣的濃度瞬間減小,平衡常數(shù)為生成物濃度冪之比與反應物濃度冪之比的比,溫度不變,則化學平衡K不變;
(3)生成17g氨氣放出46.6kJ熱量,即生成1molNH3放出熱量46.6kJ,反應物的能量高,生成物的能量低,依據(jù)能量變化先畫出化學反應能量變化的圖象;
(4)①平衡常數(shù)隨溫度變化,與壓強和濃度變化無關,平衡常數(shù)變化結合反應一定原理分析判斷;
②直接標志:①速率關系:正反應速率與逆反應速率相等,②反應體系中各物質的百分含量保持不變.
間接標志:①混合氣體的總壓強、總體積、總物質的量不隨時間的改變而改變(m+n≠p+q);②各物質的濃度、物質的量不隨時間的改變而改變;③各氣體的體積、各氣體的分壓不隨時間的改變而改變;
解答:解:(1)①N2(g)+O2(g)═2NO(g)△H=+180.5kJ/mol
②N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.4kJ/mol
③2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-483.6kJ/mol
由蓋斯定律③×3-②×2+①×2得到熱化學方程式:4NH3(g)+5O2(g)═4NO(g)+6H2O(g)△H=-905.0 kJ/mol,
故答案為:4NH3(g)+5O2(g)═4NO(g)+6H2O(g)△H=-905.0 kJ/mol;
(2)由圖可知10min時氨氣的濃度瞬間減小,則采取的措施為移去部分氨氣,因A和B點的溫度相對,則化學平衡常數(shù)K相等,
故答案為:移去部分氨氣;=;
(3)由題意可知生成1molNH3放出熱量46.6kJ,反應物的能量高,生成物的能量低,如圖精英家教網(wǎng)
故答案為:精英家教網(wǎng);
(4)①在一定體積的密閉容器中,進行如下化學反應:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H<0,反應是放熱反應,依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析,溫度升高,平衡逆向進行,平衡常數(shù)減小,K1>K2;
故答案為:>;    
②平衡標志最根本的依據(jù)是正反應速率等于逆反應速率,反應混合物中各組分的含量保持不變;
A、速率之比等于系數(shù)之比,2VH2(正)=3VNH3(逆),說明氨氣的正反應速率等于氨氣的逆反應速率,反應達到平衡,故A符合;
B、速率之比等于系數(shù)之比,v(N2)=3v(H2)不符合速率之比等于系數(shù)之比,故B不符合;
C.容器內壓強保持不變,反應前后氣體體積減小,壓強不變,說明平衡不變,故C符合;
D.反應體系中 物質質量守恒,體積相同,密度不變,反應進行過程中,平衡狀態(tài)混合氣體的密度保持不變,故D不符合;
故答案為:AC;
(5)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
起始物質的量濃度(mol/L)  0.6      1.6         0
轉化物質的量濃度(mol/L)  0.2      0.6         0.4
平衡物質的量濃度(mol/L)  0.4      1           0.4    
k=
c2(NH3)
c(N2)c3(H2)
=
0.42
0.4×13
=0.4(L/mol)2;
故答案為:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
起始物質的量濃度(mol/L) 0.6     1.6      0
轉化物質的量濃度(mol/L) 0.2     0.6     0.4
平衡物質的量濃度(mol/L) 0.4     1      0.4
k=
c2(NH3)
c(N2)c3(H2)
=
0.42
0.4×13
=0.4(L/mol)2
點評:本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用,化學反應能量變化圖象分析,平衡標志、平衡常數(shù)和平衡計算的判斷計算是解題關鍵,題目難度中等.
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