Question

（12分） 1909年化學(xué)家哈伯在實驗室首次合成了氨。2007年化學(xué)家格哈德·埃特爾在哈伯研究所證實了氫氣與氮氣在固體表面合成氨的反應(yīng)過程，示意如下圖：

（1）圖⑤表示生成的NH3離開催化劑表面，圖②和圖③的含義分別是______，__ ____。

（2）已知：4NH3(g) + 3O2(g) = 2N­­2(g) + 6H2O(g); ΔH= - 1266.8 kJ/mol

N2(g) + O2(g) = 2NO(g) ; ΔH = + 180.5kJ/mol， 氨催化氧化的熱化學(xué)方程式為___ _______。

（3）500℃下，在A、B兩個容器中均發(fā)生合成氨的反應(yīng)。隔板Ⅰ固定不動，活塞Ⅱ可自由移動。

①當(dāng)合成氨在容器B中達(dá)平衡時，測得其中含有1.0molN2，0.4molH2，0.4molNH3，此時容積為2.0L。則此條件下的平衡常數(shù)為_____ _______；保持溫度和壓強不變，向此容器中通入0.36molN2，平衡將____ ______（填“正向”、“逆向”或“不”）移動。

②向A、B兩容器中均通入xmolN2和ymolH2，初始A、B容積相同，并保持溫度不變。若要平衡時保持N2在A、B兩容器中的體積分?jǐn)?shù)相同，則x與y之間必須滿足的關(guān)系式為__ __。

 

Answer 1

（14分）

（1）N2、H2被吸附在催化劑表面，（2分）在催化劑表面N2、H2中化學(xué)鍵斷裂（2分）

（2）4NH3(g)+5O2(g)=4N­­O(g)+6H2O(g) ΔH=-905.8kJ/mol（3分）

（3）10（2分） 逆向（2分） x=y （3分）

【解析】

試題分析：（1）氮氣、氫氣在催化劑表面合成氨反應(yīng)過程的順序為：圖①氮氣分子和氫氣分子向催化劑表面靠近，圖②氮氣和氫氣吸附在催化劑的表面，圖③在催化劑的作用下分解成氫原子和氮原子，在催化劑表面N2、H2中的化學(xué)鍵斷裂。

（2）①4NH3（g）+3O2（g）═2N2（g）+6H2O（g）△H=-1266.8kJ?mol-1；

②N2(g) + O2(g) = 2NO(g) ΔH = + 180.5kJ/mol；

根據(jù)蓋斯定律①+2×②可得：4NH3(g)+5O2(g)=4N­­O(g)+6H2O(g)△H=（-1266.8kJ?mol-1+2×180.5kJ?mol-1）=-905.8kJ/mol，可寫出熱化學(xué)方程式。

（3）①N2、H2、NH3的平衡濃度分別為：0.5mol?L?1、0.2mol?L?1、o.2mol?L?1，則平衡常數(shù)K=0.22÷（0.5×0.23）=10；保持溫度和壓強不變，向此容器中通入0.36molN2，氣體總物質(zhì)的量為1.0mol+0.4mol+0.4mol+0.36mol=2.16mol，體積與物質(zhì)的量成正比，則體積為2L×2.16mol/1.8mol=2.4L，則Q=(0.4/2.4)2÷[1.36/2.4×(0.4/2.4)3]=10.6>K，則平衡將向逆向移動；設(shè)轉(zhuǎn)化率為a，根據(jù)三段式可得：

N2 + 3H2 2NH3

起始物質(zhì)的量（mol） x y 0

轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量（mol） ax 3ax 2ax

平衡物質(zhì)的量（mol） x-ax y-3ax 2ax

則N2的體積分?jǐn)?shù)為x（1-a）/(x+y-2ax)，當(dāng)x=y時，上式為定值=50%，所以若要平衡時保持N2在A、B兩容器中的體積分?jǐn)?shù)相同，則x與y之間必須滿足的關(guān)系式為x=y。

考點：本題考查催化劑原理、熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)平衡常數(shù)及計算。