Question

【題目】合成氨對人類的生存和發展有著重要意義，1909年哈伯在實驗室中首次利用氮氣與氫氣反應合成氨，實現了人工固氮。

（1）反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的化學平衡常數表達式為__。

（2）請結合下列數據分析，工業上選用氮氣與氫氣反應固氮，而沒有選用氮氣和氧氣反應固氮的原因是__。

序號	化學反應	K(298K)的數值
①	N2(g)+O2(g)2NO(g)	5×10-31
②	N2(g)+3H2(g)2NH3(g)	4.1×106

（3）某實驗室在三個不同條件的密閉容器中，分別加入濃度均為c(N2)=0.100mol/L，c(H2)=0.300mol/L的反應物進行合成氨反應，N2的濃度隨時間的變化如圖①、②、③曲線所示。

實驗②平衡時H2的轉化率為__。

據圖所示，②、③兩裝置中各有一個條件與①不同。請指出，并說明判斷的理由。

②條件：___理由：___。

③條件：___理由：___。

Answer 1

【答案】K= 氮氣與氫氣反應的限度（或化學平衡常數）遠大于氮氣與氧氣反應的限度 40% 加了催化劑 因為加入催化劑能縮短達到平衡的時間，但化學平衡不移動，所以①②兩裝置達到平衡時N2的濃度相同 溫度升高 該反應為放熱反應，溫度升高，達到平衡的時間縮短，但平衡向逆反應方向移動，③中到達平衡時N2的濃度高于①

【解析】

(1)根據平衡常數的概念可知該反應的平衡常數表達式為K=；

(2)平衡常數越大，反應程度越大，由表中數據可知氮氣與氫氣反應的限度(或化學平衡常數)遠大于氮氣與氧氣反應的，則工業上選用氮氣與氫氣反應固氮，而沒有選用氮氣和氧氣反應固氮；

(3)實驗②平衡時H2的轉化率為α(H2)=；

②到達平衡的時間比①短，反應速率更快，但到達平衡時N2的濃度與①相同，化學平衡不移動，故②與①相比加了催化劑；

③到達平衡的時間比①短，反應速率更快，到達平衡時N2的濃度高于①，與①相比平衡向逆反應方向移動，該反應為放熱反應，故③與①相比溫度升高。