Question

20．一種“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（g）+3H₂O（l）?2NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g），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)見下表（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）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為$\frac{[N{H}_{3}]^{2}×[{O}_{2}]^{\frac{3}{2}}}{[{N}_{2}]×[{H}_{2}O]^{3}}$．
（2）已知在所給條件下投入1molN₂和3molH₂O（l），當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時消耗了35kJ的熱量，并收集到0.4molNH₃．則N₂的平衡轉(zhuǎn)化率為20%，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式可表示為N₂（g）+3H₂O（l）?2NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）△H=+175.0kJ•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)速率同時增大NH₃生成量的措施升高溫度、增大氮?dú)鉂舛龋�（列出兩種即可）
（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．在某體積為10L的恒溫恒容密閉容器中加入2mol N₂和4mol H₂，2min后反應(yīng)達(dá)到平衡時容器內(nèi)的壓強(qiáng)是起始壓強(qiáng)的2/3．求：
①2min內(nèi)NH₃的反應(yīng)速率υ（NH₃）=0.1 mol/（L•min）．
②下列有關(guān)該化學(xué)反應(yīng)的說法正確的是B（填字母序號）．
A．在恒溫恒壓條件下，向上述平衡體系中通入少量氬氣，平衡不移動
B．在恒溫恒容條件下，向上述平衡體系中通入少量氬氣，平衡不移動
C．實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中為提高H₂的轉(zhuǎn)化率，通常通入過量的N₂，且N₂過量越多越好
D．當(dāng)溫度、體積相同且恒定不變時，向甲容器中通入0.5mol N₂和1.5mol H₂，乙容器中通入1mol N₂和3molH₂，后者反應(yīng)放出的熱量為前者的兩倍．

Answer 1

分析 （1）化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫出；
（2）根據(jù)生成的氨氣計(jì)算轉(zhuǎn)化氮?dú)馕镔|(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率，計(jì)算1mol氮?dú)夥磻?yīng)消耗的熱量，注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與反應(yīng)熱書寫熱化學(xué)方程式；
（3）正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)速率加快，平衡正向移動，增大反應(yīng)物濃度反應(yīng)速率加快，平衡正向移動；
（4）①恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，計(jì)算平衡時混合氣體總物質(zhì)的量，利用差量法計(jì)算生成氨氣的物質(zhì)的量，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（NH₃）；
②A．在恒溫恒壓條件下，向上述平衡體系中通入少量氬氣，體積增大，反應(yīng)物混合物濃度降低，等效為降低壓強(qiáng)；
B．在恒溫恒容條件下，向上述平衡體系中通入少量氬氣，反應(yīng)物混合物濃度不變，平衡不移動；
C．N₂過量太多，會消增大成本；
D．乙等效為在甲平衡基礎(chǔ)增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，乙中反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率較大．

解答 解：（1）N₂（g）+3H₂O（l）?2NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{[N{H}_{3}]^{2}×[{O}_{2}]^{\frac{3}{2}}}{[{N}_{2}]×[{H}_{2}O]^{3}}$，
故答案為：$\frac{[N{H}_{3}]^{2}×[{O}_{2}]^{\frac{3}{2}}}{[{N}_{2}]×[{H}_{2}O]^{3}}$；
（2）由N₂（g）+3H₂O（l）?2NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g），可知轉(zhuǎn)化氮?dú)馕镔|(zhì)的量為0.4mol×$\frac{1}{2}$=0.2mol，故氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率為$\frac{0.2mol}{1mol}$×100%=20%，1mol氮?dú)夥磻?yīng)消耗的熱量為35kJ×$\frac{1mol}{0.2mol}$=175kJ，熱化學(xué)方程式為：N₂（g）+3H₂O（l）?2NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）△H=+175.0kJ•mol^-1，
故答案為：20%；N₂（g）+3H₂O（l）?2NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）△H=+175.0kJ•mol^-1；
（3）正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度反應(yīng)速率加快，平衡正向移動，增大氮?dú)獾臐舛确磻?yīng)速率加快，平衡正向移動，
故答案為：升高溫度、增大氮?dú)鉂舛龋?br />（4）①恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則平衡時混合氣體總物質(zhì)的量為6mol×$\frac{2}{3}$=4mol，則：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△n
                2          2
                2mol       6mol-4mol=2mol
則v（NH₃）=$\frac{\frac{2mol}{10L}}{2min}$=0.1 mol/（L•min），
故答案為：0.1 mol/（L•min）；
②A．在恒溫恒壓條件下，向上述平衡體系中通入少量氬氣，體積增大，反應(yīng)物混合物濃度降低，等效為降低壓強(qiáng)，平衡逆向移動，故A錯誤；
B．在恒溫恒容條件下，向上述平衡體系中通入少量氬氣，反應(yīng)物混合物濃度不變，平衡不移動，故B正確；
C．N₂過量太多，會消增大成本，故C錯誤；
D．乙等效為在甲平衡基礎(chǔ)增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，乙中反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率較大，則乙中反應(yīng)放出的熱量大于甲中的兩倍，故D錯誤，
故選：B．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡常數(shù)、反應(yīng)速率計(jì)算與影響因素、熱化學(xué)方程式書寫等，注意對基礎(chǔ)知識的理解掌握．