Question

20．處于研究階段的固氮新方法是N₂在催化劑表面與水發(fā)生如下反應(yīng)：
（1）已知：2N₂（g）+6H₂O（1）=4NH₃（g）+3O₂（g）△H   K①
    N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H₁=-92.4KJ•mol^-1      K₁②
  2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H₂=-571.6KJ•mol^-1          K₂③
則△H=+1530kJ•mol^-1；K=$\frac{{K}_{{1}^{2}}}{{K}_{{2}^{3}}}$（用K₁和K₂表示）．
（2）在四個(gè)容積為2L的密閉容器中，分別充入1molN₂、3molH₂O，在催化劑條件下進(jìn)行反應(yīng)①3小時(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表：

序號	第一組	第二組	第三組	第四組
t/℃	30	40	50	80
NH3生成量/（10-6mol）	4.8	5.9	6.0	2.0

下列能說明反應(yīng)①達(dá)到平衡狀態(tài)的是bd（填字母）．
a．NH₃和O₂的物質(zhì)的量之比為4：3
b．反應(yīng)混合物中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變
c．單位時(shí)間內(nèi)每消耗1molN₂的同時(shí)生成2molNH₃
d．容器內(nèi)氣體密度不變
與第三組相比，每四組反應(yīng)中NH₃的生產(chǎn)量最小的原因可能是催化劑在80℃活性減小，反應(yīng)速率反而減慢．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律①=②×2-③×3，△H=-92.4kJ•mol^-1×2+3×571.6kJ•mol^-1=+1530kJ•mol^-1，平衡常數(shù)是利用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積，結(jié)合表達(dá)式計(jì)算；
（2）化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進(jìn)行判斷，得出正確結(jié)論；
在反應(yīng)2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）中，
a．NH₃和O₂的物質(zhì)的量之比為4：3，反應(yīng)不一定平衡；
b．反應(yīng)混合物中各組份的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變，反應(yīng)達(dá)到平衡；
c．單位時(shí)間內(nèi)每消耗1molN₂的同時(shí)生成2molNH₃，都向正反應(yīng)方向移動(dòng)，反應(yīng)不一定平衡；
d．容器內(nèi)氣體密度逐漸增大，當(dāng)不變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡；
第四組溫度最高但達(dá)平衡時(shí)，與第三組相比，氨氣的物質(zhì)的量最小，可能是催化劑在80℃活性減小，反應(yīng)速率反而減慢．

解答 解：（1）根據(jù)蓋斯定律①=②×2-③×3，△H=-92.4kJ•mol^-1×2+3×571.6kJ•mol^-1=+1530kJ•mol^-1，根據(jù)反應(yīng)表達(dá)式可知平衡常數(shù)K=$\frac{{K}_{{1}^{2}}}{{K}_{{2}^{3}}}$，
故答案為：+1530kJ•mol^-1；K=$\frac{{K}_{{1}^{2}}}{{K}_{{2}^{3}}}$；
（2）在反應(yīng)2N₂（g）+6H₂O（l）=4NH₃（g）+3O₂（g）中，
a．NH₃和O₂的物質(zhì)的量之比為4：3，不是不變的狀態(tài)，反應(yīng)不一定平衡，故a錯(cuò)誤；
b．反應(yīng)混合物中各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，反應(yīng)達(dá)到平衡，故b正確；
c．單位時(shí)間內(nèi)每消耗1molN₂的同時(shí)生成2molNH₃，都向正反應(yīng)方向移動(dòng)，無論反應(yīng)是否平衡，只要進(jìn)行都滿足，故c錯(cuò)誤；
d．正反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，混合氣體的密度保持不變，說明氣體的物質(zhì)的量不變，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故d正確；
第四組溫度最高但達(dá)平衡時(shí)，與第三組相比，氨氣的物質(zhì)的量最小，可能是催化劑在80℃活性減小，反應(yīng)速率反而減慢，
故答案為：bd；催化劑在80℃活性減小，反應(yīng)速率反而減慢．

點(diǎn)評 本題考查蓋斯定律，平衡常數(shù)計(jì)算應(yīng)用，化學(xué)平衡狀態(tài)，掌握反應(yīng)特征和平衡移動(dòng)原理是關(guān)鍵，題目難度中等．