Question

可逆反應(yīng)N₂+3H₂2NH₃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（E₁-E₃）或-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(guò)改變化學(xué)反應(yīng)中的

催化劑

條件，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)速率與反應(yīng)過(guò)程的關(guān)系，其中表示平衡混合物中NH₃的含量最高的一段時(shí)間是

t₀-t₁

（4）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(cè)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2amol NH₃，判斷平衡移動(dòng)的方向是

正向移動(dòng)

（“正向移動(dòng)”“逆向移動(dòng)”或“不移動(dòng)”）
（5）將上述實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的NH₃通入到0.04mol?L^-1的FeCl₃溶液中，要使溶液中Fe³⁺沉淀較完全（即Fe³⁺濃度降至原來(lái)的千分之一），則溶液的pH為

3

（已知常溫下，F(xiàn)e（OH）₃的溶度積常數(shù)Ksp=4×10^-38）

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(lái)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，但反應(yīng)熱不變來(lái)分析；
（3）根據(jù)溫度、催化劑、壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響來(lái)分析平衡混合物中NH₃的含量；
（4）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，然后利用Q與K的關(guān)系來(lái)分析平衡的移動(dòng)；
（5）由常溫下，F(xiàn)e（OH）₃的溶度積常數(shù)Ksp=4×10^-38及Fe³⁺沉淀較完全（即Fe³⁺濃度降至原來(lái)的千分之一）來(lái)計(jì)算．

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（E₁-E₃）或-2（E₃-E₁）kg/mol，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）△H=2（E₁-E₃）或-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)為催化劑，
故答案為：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）由4amolH₂和2amolN₂放入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后測(cè)得N₂的轉(zhuǎn)化率為50%，則
     N₂+3H₂2NH₃
開(kāi)始 a   2a
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×(a)3

=

4

a2

＜K，則化學(xué)平衡正向移動(dòng)，故答案為：

16

a2

；正向移動(dòng)；
（5）Fe³⁺沉淀較完全時(shí)，F(xiàn)e³⁺濃度為0.04mol/L×10^-3=4×10^-5mol/L，
由常溫下，F(xiàn)e（OH）₃的溶度積常數(shù)Ksp=4×10^-38，
則c（OH^-）=

3	4×10-38 4×10-5

=10^-11，
故c（H⁺）=10^-3，所以pH=3，故答案為：3．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)反應(yīng)速率及化學(xué)平衡與圖象的關(guān)系，明確常見(jiàn)影響反應(yīng)速率及化學(xué)平衡的影響因素即可解答，學(xué)生應(yīng)學(xué)會(huì)利用Q與K的關(guān)系來(lái)判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，本題中（4）、（5）是學(xué)生解答的難點(diǎn)．