Question

18．一種“人工固氮”的新方法是在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑表面與水發(fā)生反應(yīng)生成NH₃：N₂+3H₂O?2NH₃+$\frac{3}{2}$O₂，進(jìn)一步研究NH₃生成量與溫度的關(guān)系，部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表（反應(yīng)時間3h）：

T/℃	30	40	50
生成NH3量/（10-6 mol）	4.8	5.9	6.0

請回答下列問題：
（1）50℃時從開始到3h內(nèi)以O(shè)₂物質(zhì)的量變化表示的平均反應(yīng)速率為1.5×10^-6 mol•h^-1．
（2）該反應(yīng)過程與能量關(guān)系可用如圖表示，則反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是N₂（g）+3H₂O（l）=2NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）△H=+765.2kJ•mol^-1．
（3）與目前廣泛應(yīng)用的工業(yè)合成氨方法相比，該方法中固氮反應(yīng)速率較慢．請?zhí)岢隹商岣咂浞磻?yīng)速率且增大NH₃生成量的建議：升高溫度．
（4）工業(yè)合成氨的熱化學(xué)方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．在某壓強(qiáng)恒定的密閉容器中加入2mol N₂和4mol H₂，達(dá)到平衡時，N₂的轉(zhuǎn)化率為50%，體積變?yōu)?0L．求：
①該條件下的平衡常數(shù)為400；
②若向該容器中加入a mol N₂、b mol H₂、c mol NH₃，且a、b、c均大于0，在相同條件下達(dá)到平衡時，混合物中各組分的物質(zhì)的量與上述平衡相同．反應(yīng)放出的熱量＜（填“＞”“＜”或“=”）92.4kJ．

Answer 1

分析 （1）結(jié)合v=$\frac{△c}{△t}$計算；
（2）由圖可知反應(yīng)物、生成物及能量變化；
（3）由數(shù)據(jù)可知，溫度越高，生成氨氣的量越大；
（4）①某壓強(qiáng)恒定的密閉容器中加入2mol N₂和4mol H₂，達(dá)到平衡時，N₂的轉(zhuǎn)化率為50%，體積變?yōu)?0L，則
          N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始   2              4                0
轉(zhuǎn)化    1              3                2
平衡    1              1                2
結(jié)合平衡濃度計算K；
②極限轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物時，為2mol N₂和4mol H₂，平衡時各組分的物質(zhì)的量與上述平衡相同，從正逆反應(yīng)開始，該反應(yīng)伴隨吸熱．

解答 解：（1）50℃時從開始到3h內(nèi)生成氨氣為6×10^-6mol，則生成氧氣為4.5×10^-6mol，以O(shè)₂物質(zhì)的量變化表示的平均反應(yīng)速率為$\frac{4.5×1{0}^{-6}}{3}$mol•h^-1=1.5×10^-6mol•h^-1，
故答案為：1.5×10^-6；
（2）由圖可知反應(yīng)物、生成物及能量變化，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是N₂（g）+3H₂O（l）=2NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）△H=+765.2kJ•mol^-1，
故答案為：N₂（g）+3H₂O（l）=2NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）△H=+765.2kJ•mol^-1；
（3）由數(shù)據(jù)可知，溫度越高，生成氨氣的量越大，則可提高其反應(yīng)速率且增大NH₃生成量的建議為升高溫度，故答案為：升高溫度；
（4）①某壓強(qiáng)恒定的密閉容器中加入2mol N₂和4mol H₂，達(dá)到平衡時，N₂的轉(zhuǎn)化率為50%，體積變?yōu)?0L，則
          N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始   2              4                0
轉(zhuǎn)化    1              3                2
平衡    1              1                2
K=$\frac{（\frac{2}{10}）^{2}}{（\frac{1}{10}）×（\frac{1}{10}）^{3}}$=400，
故答案為：400；
②當(dāng)加入2mol N₂和4mol H₂時，生成2mol NH₃，放出92.4kJ的熱量，而當(dāng)加入a mol N₂、b mol H₂和c mol NH₃時，平衡時NH₃仍為2mol，則生成的NH₃為（2-c） mol，則放出的熱量小于92.4kJ，故答案為：＜．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡的計算，為高頻考點(diǎn)，把握化學(xué)平衡三段法、平衡常數(shù)及速率計算為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與計算能力的考查，注意圖象及表格數(shù)據(jù)的應(yīng)用，題目難度不大．