Question

11．合成氨工業(yè)用氫和氮在催化劑作用下直接合成，如表表示在一定溫度和壓強作用下達到動態(tài)平穩(wěn)時氨的含量．
達到平穩(wěn)時混合氣體中氨的含量（體積百分比）（氮氣和氫氣的體積比是1：3）

	100	200	300	600	1000
200	81.5	86.4	89.9	95.4	98.8
300	52.0	64.2	71.0	84.2	92.6
400	25.1	38.2	47.0	65.2	79.8
500	10.6	19.1	26.4	42.2	57.5

如圖是一透熱性能很好的堅固容器，活塞C可左右移動．其總體積為44.8L，現(xiàn)將400℃、300大氣壓的氫氣33.6L和400℃、300大氣壓的氮氣11.2L充入容器中，當兩者反應達到動態(tài)平穩(wěn)時，若保持混合氣體的溫度和壓強仍為400℃和300大氣壓，求：
（1）容器是向外界放熱，還是吸熱？為什么？
（2）試計算充入容器中氮氣質量是多少克？
（3）活塞C要向左側移動的距離與容器全長之比是多少？

Answer 1

分析 （1）合成氨為放熱反應，若保持混合氣體的溫度和壓強仍為400℃和300大氣壓，則容器必須向外界放熱；
（2）由PV=nRT計算氮氣的物質的量，進而計算質量；
（3）平衡時氨氣的含量為47.0%，結合方程式計算反應后的體積，進而計算活塞C要向左側移動的距離與容器全長之比．

解答 解：（1）由表中數(shù)據(jù)可知升高溫度氨氣的含量降低，則合成氨為放熱反應，若保持混合氣體的溫度和壓強仍為400℃和300大氣壓，則容器必須向外界放熱，
答：容器是向外界放熱，因為該反應是放熱反應，若保持反應時溫度不變，容器必須向外界放熱；
（2）400℃和300大氣壓時，R=0.082，則n=$\frac{300×11.2}{0.082×673}$mol，則m=$\frac{300×11.2}{0.082×673}$mol×28g/mol=1.7×10³g，
答：充入容器中氮氣質量是1.7×10³g；
（3）反應的化學方程式為N₂+3H₂=2NH₃，設生成2VLNH₃，
         N₂+3H₂=2NH₃，
起始11.2L  33.6L    0
轉化 V       3V            2V
平衡 11.2-V 33.6-3V   2V
$\frac{2V}{44.8-2V}$=0.47，
2V=10.53，
則反應后的體積為44.8L-10.53L=34.27L，
活塞C向左移動距離與活塞全長之比為$\frac{44.8-34.27}{44.8}$=0.24，
答：活塞C向左移動距離與活塞全長之比為0.24．

點評 本題考查化學平衡的計算，為高頻考點，側重考查學生的分析、計算能力，題目考查類型比較陌生，為競賽類題目，注意中學相關學科的知識的綜合運用，難度中等．