Question

【題目】課本里介紹的合成氨技術叫哈伯法，是德國諾貝爾化學獎獲得者哈伯發明的。其合成原理為：N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) △H<0，△S <0。

（1）下列關于工業合成氨的說法不正確的是_______

A．因為△H<0，所以該反應一定能自發進行

B．因為△S<0，所以該反應一定不能自發進行

C．在高溫下進行是為了提高反應物的轉化率

D．使用催化劑加快反應速率是因為催化劑降低了反應的△H

（2）在恒溫恒容密閉容器中進行合成氨的反應，下列能說明該反應已達到平衡狀態的是_______

a 容器內N2、H2、NH3的濃度之比為1：3：2 b v(N2)正= v(H2)逆

c 容器內壓強保持不變 d 合氣體的密度保持不變

（3）工業上合成氨的部分工藝流程如下：

請用平衡移動原理來解釋在流程中及時分離出氨氣和循環使用氣體的原因_______。

（4）某科研小組研究：在其他條件不變的情況下，改變起始物氫氣的物質的量對工業合成氨反應的影響。實驗結果如圖所示（圖中T表示溫度，n表示H2物質的量）。

①圖象中T2和T1的關系是：T2 __________T1（填“>，<或=”，下同）

②a、b、c、d四點所處的平衡狀態中，反應物N2 的轉化率最高的是______（填字母）。

（5）恒溫下，往一個4L的密閉容器中充入5.2mol H2和2mol N2，反應過程中對NH3的濃度進行檢測，得到的數據如下表所示：

時間/min	5	10	15	20	25	30
c(NH3)/mol·L-1	0.08	0.14	0.18	0.20	0.20	0.20

①此條件下該反應的化學平衡常數K=___________。

②若維持容器體積不變，溫度不變，往原平衡體系中加入H2、N2和NH3各4mol，化學平衡將向_______反應方向移動（填“正”或“逆”）。

③N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 　　△H= -92kJ/mol。在恒溫恒容的密閉容器中充入1mol N2和一定量的H2發生反應。達到平衡后，測得反應放出的熱量為18.4 kJ，混合氣體的物質的量為3.6 mol，容器內的壓強變為原來的90％，則起始時充入的span>H2的物質的量為______mol。

（6）已知：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 　　 △H= -92kJ/mol

N2(g)+O2(g)＝2NO(g) ΔH= +181kJ/mol

2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) ΔH= -484kJ/mol

寫出氨氣催化氧化生成NO和水蒸氣的熱化學方程式_________。

Answer 1

【答案】ABCD bc 減少生成物濃度，同時增加反應物濃度，可以使平衡正向進行程度更大，提高產率 < c 0.1 逆 3 4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) ΔH =－906 kJ·mol-1

【解析】

（1）根據△G=△H-T△S來判斷。

（2）a.容器內N2、H2、NH3 濃度比與起始濃度及轉化率有關，平衡時不一定等于化學計量數之比。

b.平衡時不同物質表示的正逆速率之比等于化學計量數之比，3v(N2)正= v(H2)逆時反應達到平衡狀態。

c.隨反應進行，混合氣體物質的量變化，容器內壓強發生變化，壓強保持不變說明到達平衡。

d.混合氣體總質量不變，容器容積不變，混合氣體密度始終保持不變。

（3）在流程中及時分離出氨氣和循環使用氣體的原因是減少生成物濃度，同時增加反應物濃度，可以使平衡正向進行程度更大，提高產率。

（4）①由圖可知，n(H2)相同時, T2對應氨氣含高，反應為放熱反應,降低溫度有利于生成氨氣,則T2<T1。

②a、b、c、d四點，n(H2)越大，平衡正向移動的程度越大，N2的轉化率越大，c點時氫氣的物質的量最大，c點N2的轉化率最高。

（5）①根據三段式求解。

②根據QC和K的相對大小進行判斷。

③恒溫恒容條件下，氣體的壓強之比等于其物質的量之比，反應達到平衡后，混合氣體的物質的量為3.6mol,容器內的壓強變為原來的90%，則反應前混合氣體的物質的量為4mol，為氫氣和氮氣的物質的量之和，氮氣的物質的量為1mol，則氫氣的物質的量為3mol。

（6）根據蓋斯定律求得。

（1）A.根據△G=△H-T△S來計算，把△H<0，△S <0代入表達式，該反應可能自發進行，故A錯誤；

B.根據△G=△H-T△S來計算，把△H<0，△S <0代入表達式，該反應可能自發進行，故B錯誤；

C.N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) △H<0，升溫平衡逆向移動，故不能提高反應物的轉化率，故C錯誤；

D.使用催化劑加快反應速率是因為催化劑降低了反應的活化能，故D錯誤；

故選ABCD。

（2）a.容器內N2、H2、NH3 濃度比與起始濃度及轉化率有關，平衡時不一定等于化學計量數之比，故a錯誤；

b.平衡時不同物質表示的正逆速率之比等于化學計量數之比，3v(N2)正= v(H2)逆時反應達到平衡狀態，故b正確；

c.隨反應進行，混合氣體物質的量變化，容器內壓強發生變化，壓強保持不變說明到達平衡，故c正確；

d.混合氣體總質量不變，容器容積不變，混合氣體密度始終保持不變，故d錯誤；

故選bc。

（3）在流程中及時分離出氨氣和循環使用氣體的原因是減少生成物濃度，同時增加反應物濃度，可以使平衡正向進行程度更大，提高產率，故答案為：減少生成物濃度，同時增加反應物濃度，可以使平衡正向進行程度更大，提高產率。

（4）①由圖可知，n(H2)相同時, T2對應氨氣含高，反應為放熱反應,降低溫度有利于生成氨氣,則T2<T1，故答案為：<；

②a、b、c、d四點，n(H2)越大，平衡正向移動的程度越大，N2的轉化率越大，c點時氫氣的物質的量最大，c點N2的轉化率最高，此時氫氣起始量最大達到平衡狀態下H2的百分含量最高，故答案為：c。

（5）①由表中數據可知，20min達到平衡，平衡時NH3的濃度為0.2mol/L，則：

N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)

開始（mol/L）0.5 1.3 0

變化（mol/L）0.1 0.3 0.2

平衡（mol/L）0.4 1 0.2

故化學平衡常數K=c2(NH3)/c(N2)c3(H2)=0.22/0.4×13=0.1，故答案為：0.1。

②反應達到平衡后，若維持容器體積不變，溫度不變，往平衡體系中加入H2、N2和NH3各4mol，則此時各物質的濃度為：H2為1mol/L+4mol÷4L=2mol/L，N2為0.4mol/L+4mol÷4L=1.4 mol/L，NH3為0.2mol/L+4mol÷4L=1.2mol/L，故濃度商QC=1.22/1.4×23＞0.1，故反應向逆反應進行，故答案為：逆。

③恒溫恒容條件下，氣體的壓強之比等于其物質的量之比，反應達到平衡后，混合氣體的物質的量為3.6mol,容器內的壓強變為原來的90%，則反應前混合氣體的物質的量為4mol，為氫氣和氮氣的物質的量之和，氮氣的物質的量為1mol，則氫氣的物質的量為3mol，故答案為：3。

（6）N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H= -92kJ/mol ①

N2(g)+O2(g)＝2NO(g) ΔH= +181kJ/mol ②

2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g) ΔH= -484kJ/mol ③

氨的催化氧化的化學方程式為：4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)，該反應可通過③×3+②×2-①×2獲得，根據蓋斯定律可得△H=-906 kJ/mol；故氨氣催化氧化生成NO和水蒸氣的熱化學方程式為：4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) ΔH =-906 kJ·mol-1，故答案為：4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g) ΔH =-906 kJ·mol-1。