Question

16．氨的合成是重要的一項化工生產．已知合成氨有關能量變化的圖象如圖1．

（1）反應 N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ/mol；
（2）化學反應可視為舊鍵斷裂和新鍵形成的過程，化學鍵的鍵能是形成（或拆開）1mol化學鍵時釋放（或吸收）出的能量．現提供以下化學鍵的鍵能（kJ•mol^-1）：H-H：436，N≡N：946，則N-H的鍵能是391kJ•mol^-1；
（3）在一定條件下按圖2實線I進行，改變某條件按圖2虛線II進行，則該條件可能是加入催化劑；
（4）在一個密閉容器中加入1molN₂、3mol H₂，一定條件下充分反應，其熱效應始終小于92kJ，請說明原因合成氨是可逆反應，得到的氨小于2mol；
（5）在一個密閉容器中加入amolN₂、bmol H₂，達到平衡時n（N₂）：n（H₂）=1：3，則a：b=1：3．
（6）在一個5L密閉容器中加入8molN₂、22mol H₂，2min內v（N₂）=0.2mol•L^-1•min^-1，5min后達化學平衡，維持溫度不變平衡時壓強是反應前的11/15.2min和平衡時n（NH₃）分別是4mol和8mol．（寫出此結果的計算過程）

Answer 1

分析 （1）從圖象可知，反應物能量高于生成物，反應放熱，△H=生成物能量和-反應物能量和；
（2）據△H=反應物鍵能和-生成物鍵能和求算；
（3）反應的活化能降低了，催化劑能夠降低反應的活化能；
（4）焓變是生成物與反應物能量差，可逆反應不能完全轉化，放熱比焓變小；
（5）合成氨反應中氮氣和氫氣的物質的量之比為1：3，平衡時為1：3，說明加入的反應物之比一定為1：3；
（6）在一個5L密閉容器中加入8molN₂、22mol H₂，2min內v（N₂）=0.2mol•L^-1•min^-1，所以2min內消耗氮氣為0.2×5×2=2mol，根據N₂+3H₂?2NH₃所以生成氨氣為4mol，則2minn（NH₃）是4mol，
5min后達化學平衡，則根據
   N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）設反應轉換xmol氮氣，則：
開始 8      22       0
轉換 x      3x       2x
平衡8-x     22-3x    2x
根據平衡時壓強之比等于物質的量之比列方程計算．

解答 解：（1）從圖象可知，△H=生成物能量和-反應物能量和=-92KJ/mol，
故答案為：-92kJ/mol；
（2）△H=反應物鍵能和-生成物鍵能和，-92KJ/mol=3×436KJ/mol+946KJ/mol-6×Q（N-H），所以Q（N-H）=391KJ/mol，
故答案為：391；
（3）實線I比虛線II的活化能高，其他相同，說明使用了催化劑，因為催化劑是通過降低反應的活化能加快反應速率的，
故答案為：加入催化劑；
（4）由于合成氨是可逆反應，得到的氨小于2mol，則其熱效應始終小于92kJ，
故答案為：合成氨是可逆反應，得到的氨小于2mol；
（5）合成氨反應中氮氣和氫氣的物質的量之比為1：3，平衡時為1：3，說明加入的反應物之比一定為1：3，所以a：b=1：3，
故答案為：1：3；
（6）在一個5L密閉容器中加入8molN₂、22mol H₂，2min內v（N₂）=0.2mol•L^-1•min^-1，所以2min內消耗氮氣為0.2×5×2=2mol，根據N₂+3H₂?2NH₃所以生成氨氣為4mol，則2minn（NH₃）是4mol，
5min后達化學平衡，則根據
   N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）設反應轉換xmol氮氣，則：
開始 8      22       0
轉換 x      3x       2x
平衡8-x     22-3x    2x
因為平衡時壓強是反應前的11/15，則：$\frac{8-x+22-3x+2x}{8+22}$=$\frac{11}{15}$，
解得：x=4mol，
所以平衡時氨氣的物質的量為：n（NH₃）=2n（ N₂）=mol×2=8mol，
故答案為：4mol；8mol．

點評 本題考查了化學平衡的計算、反應熱的計算，題目難度中等，注意掌握化學平衡及其影響因素，去有關反應熱的計算方法，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查了學生的分析能力及化學計算能力．