Question

可逆反應(yīng)N₂+3H₂?2NH₃是工業(yè)上合成氨的重要反應(yīng)．
（1）根據(jù)圖1請(qǐng)寫出合成氨的熱化學(xué)方程式

N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（E₃-E₁）kg/mol

（熱量用E₁、E₂或E₃表示）
（2）圖1中虛線部分是通過改變化學(xué)反應(yīng)條件是

使用催化劑

，請(qǐng)解釋原因

因?yàn)榇呋瘎┠芨淖兎磻?yīng)的路徑，使發(fā)生反應(yīng)所需的活化能降低

．
（3）當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡位置時(shí)不斷改變條件（不改變N₂、H₂和NH₃的量），圖2表示反應(yīng)速率隨時(shí)間的關(guān)系，其中表示平衡混合物中NH₃的含量最高的時(shí)間段是

t₀-t₁

（用含t符號(hào)表示）
（4）在一定溫度壓強(qiáng)下，下列各項(xiàng)能作為判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是

ade

（填字母）．
a．單位時(shí)間內(nèi)生成2n molNH₃的同時(shí)生成n molN₂      b．容器內(nèi)壓強(qiáng)不再改變
c．容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2            d．混合氣體的密度不再改變
e．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變             f．2v_正（H₂）=3v_正（NH₃）
（5）在一定溫度下，若將4a mol H₂和2amol N₂放入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后測得N₂的轉(zhuǎn)化率為50%，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)為

16

a2

．若此時(shí)再向該容器中投入a mol H₂、amol N₂和amol NH₃，則此時(shí)化學(xué)平衡

正向

移動(dòng)（填“正向”、“逆向”或“不”）

Answer 1

分析：（1）由圖1可知反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，生成1mol氨氣時(shí)放出的熱量為（E₃-E₁）kg，然后利用化學(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)熱的關(guān)系并標(biāo)明物質(zhì)的狀態(tài)來書寫熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（2）根據(jù)圖1中虛線部分降低了反應(yīng)所需的活化能，結(jié)合反應(yīng)熱不變來分析；
（3）可逆反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，該反應(yīng)為體積減小的放熱反應(yīng)，改變反應(yīng)條件平衡移動(dòng)，根據(jù)各時(shí)刻的速率變化判斷平衡移動(dòng)移動(dòng)方向，據(jù)此判斷NH₃的含量變化；
（4）當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，據(jù)此解答，解題時(shí)要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；
（5）利用三段法計(jì)算出平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，再計(jì)算K，然后計(jì)算Qc，利用Qc與K的關(guān)系來分析平衡的移動(dòng)．

解答：解：（1）由圖可知該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且生成1mol生成物放出的熱量為（E₃-E₁）kg，則生成2mol生成物放熱為2（E₃-E₁）kg，即該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（E₃-E₁）kg/mol，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-2（E₃-E₁）kg/mol； 
（2）圖1中虛線部分改變了反應(yīng)的途徑，從而降低了反應(yīng)所需的活化能，但反應(yīng)熱不變，則改變的條件應(yīng)為使用催化劑，
故答案為：使用催化劑；因?yàn)榇呋瘎┠芨淖兎磻?yīng)的路徑，使發(fā)生反應(yīng)所需的活化能降低；
（3）由圖2可知，t₁-t₂時(shí)應(yīng)為升高溫度使逆反應(yīng)速率增大，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，NH₃的含量減少；t₂-t₃時(shí)為平衡狀態(tài)，含量不變；t₃-t₄時(shí)應(yīng)為催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響，反應(yīng)速率增大，但化學(xué)平衡不移動(dòng)；t₄-t₅時(shí)應(yīng)為減小壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)的影響，減小壓強(qiáng)化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，NH₃的含量減少，即t₀-t₁時(shí)NH₃的含量最大，
故答案為：t₀-t₁；
（4）a．單位時(shí)間內(nèi)生成2n molNH₃的同時(shí)生成n molN₂，由方程式可知，同時(shí)消耗2n molNH₃，反應(yīng)到達(dá)平衡，故a正確；
 b．反應(yīng)條件為恒溫恒壓，壓強(qiáng)始終不變，故容器內(nèi)壓強(qiáng)不再改變，不能說明到達(dá)平衡，故b錯(cuò)誤；
c．容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃的濃度之比與氮?dú)�、氫氣的起始濃度及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，平衡時(shí)三者的濃度之比不一定為1：3：2，故c錯(cuò)誤；
d．恒溫恒壓下，混合氣體的密度不再改變，說明體積不變，即混合氣體總的物質(zhì)的量不再變化，反應(yīng)到達(dá)平衡，故d正確；
e．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變，混合氣體總的質(zhì)量不變，故混合氣體總的物質(zhì)的量不變化，說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故e正確；
f．2v_正（H₂）=3v_正（NH₃），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，都表示正反應(yīng)速率，反應(yīng)速率始終都符合此比例關(guān)系，不能說明到達(dá)平衡，故f錯(cuò)誤；
故答案為：ade；
（5）由4amolH₂和2amolN₂放入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后測得N₂的轉(zhuǎn)化率為50%，則
     N₂ +3H₂ ?2NH₃
開始：a     2a        0
轉(zhuǎn)化：0.5a  1.5a      a 
平衡：0.5a  0.5a      a
K=

a2

0.5a×(0.5a)3

=

16

a2

，
若此時(shí)再向該容器中投入amolH₂、amolN₂和2amolNH₃，
則Q=

(2a)2

a×a3

=

4

a2

＜K，則化學(xué)平衡正向移動(dòng)，
故答案為：

16

a2

；正向．

點(diǎn)評(píng)：本題考查熱化學(xué)方程式書寫、化學(xué)反應(yīng)速率及化學(xué)平衡圖象、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算與應(yīng)用，掌握影響反應(yīng)速率及化學(xué)平衡的影響因素即可解答，掌握利用Qc與K的關(guān)系來判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，（4）中bd選項(xiàng)為易錯(cuò)點(diǎn)，學(xué)生容易按恒容進(jìn)行分析．