Question

11．氮的氫化物NH₃、N₂H₄等在工農業生產、航空航天等領域有廣泛應用．
（1）液氨作為一種潛在的清潔汽車燃料已越來越被研究人員重視．它在安全性、價格等方面較化石燃料和氫燃料有著較大的優勢．氨的燃燒實驗涉及下列兩個相關的反應：
①4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（l）△H₁
②4NH₃（g）+6NO（g）═5N₂（g）+6H₂O（l）△H₂
則反應 4NH₃（g）+3O₂（g）═2N₂（g）+6H₂O（l）△H=$\frac{3△H{\;}_{1}+2△H{\;}_{2}}{5}$．（請用含有△H₁、△H₂的式子表示）
（2）合成氨實驗中，在體積為3L的恒容密閉容器中，投入4mol N₂和9mol H₂在一定條件下合成氨，平衡時僅改變溫度測得的數據如表所示：

溫度（K）	平衡時NH3的物質的量（mol）
T1	2.4
T2	2.0

已知：破壞1mol N₂（g）和3mol H₂（g）中的化學鍵吸收的總能量小于形成2mol NH₃（g）中的化學鍵放出的總能量．①則T₁＜T₂（填“＞”、“＜”或“=”）
②在T₂時，經過10min達到化學平衡狀態，則0至10min內H₂的平均反應速率v（H₂）=0.1mol•L^-1•min^-1，平衡時N₂的轉化率α（N₂）=25%．
③下列圖象分別代表焓變（△H）、混合氣體平均相對分子質量（$\overline{M}$）和氣體密度（ρ）與反應時間的關系，其中正確且能表明該可逆反應達到平衡狀態的是BC．

Answer 1

分析 （1）由①4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（l）△H₁
②4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H₂
結合蓋斯定律可知，（①×3+②×2）×$\frac{1}{5}$得到4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l）；
（2）破壞1mol N₂（g）和3mol H₂（g）中的化學鍵消耗的總能量小于破壞2mol NH₃（g）中的化學鍵消耗的能量，則合成氨的反應為放熱反應，
①由表格數據可知，T₁對應的氨氣平衡時物質的量大，則T₁的溫度低；
②T₂K下，經過10min達到化學平衡狀態，則
    N₂+3 H₂?2NH₃，
開始 4    9   0
轉化  1    3   2
平衡  3   6    2
結合v=$\frac{△c}{△t}$及轉化率計算；
③焓變（△H）始終不變，混合氣體平均相對分子質量為變量、N₂體積分數φ（N₂）為變量，氣體密度（ρ）始終不變；

解答 解：（1）由①4NH₃（g）+5O₂（g）=4NO（g）+6H₂O（l）△H₁
②4NH₃（g）+6NO（g）=5N₂（g）+6H₂O（l）△H₂
結合蓋斯定律可知，（①×3+②×2）×$\frac{1}{5}$得到4NH₃（g）+3O₂（g）=2N₂（g）+6H₂O（l），則△H=$\frac{3△H{\;}_{1}+2△H{\;}_{2}}{5}$，
故答案為：$\frac{3△H{\;}_{1}+2△H{\;}_{2}}{5}$；
（2）破壞1mol N₂（g）和3mol H₂（g）中的化學鍵消耗的總能量小于破壞2mol NH₃（g）中的化學鍵消耗的能量，則合成氨的反應為放熱反應，
①由表格數據可知，T₁對應的氨氣平衡時物質的量大，則T₁的溫度低，則T₁＜T₂，
故答案為：＜；
②T₂K下，經過10min達到化學平衡狀態，則
    N₂+3 H₂?2NH₃，
開始 4   9    0
轉化 1   3    2
平衡 3   6    2
v（H₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{3mol}{3L}}{10min}$=0.1mol•L^-1•min^-1，
平衡時N₂的轉化率α（N₂）=$\frac{1}{4}$×100%=25%，
故答案為：0.1mol•L^-1•min^-1；25%；
③焓變（△H）始終不變，混合氣體平均相對分子質量（$\overline{M}$）為變量、N₂體積分數φ（N₂）為變量，氣體密度（ρ）始終不變，隨反應進行，氣體的物質的量減小，則 $\overline{M}$隨時間增大而增大，直到達到平衡狀態不變；N₂體積分數逐漸減小，到達到平衡狀態不變，由圖可知，正確且能表明該可逆反應達到平衡狀態的為BC，
故答案為：BC．

點評 本題考查較綜合，涉及化學平衡圖象、平衡計算、蓋斯定律的應用及計算、電化學原理及計算等，綜合性較強，側重化學反應原理中高頻考點的考查，題目難度中等．