Question

4．合成氨工業的核心反應是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=“Q“kJ•mol^-1，能量變化如圖所示，回答下列問題：
（1）在反應體系中加入催化劑，反應速率增大，E₁和E₂的變化是：E₁減小（填“增大”、“減小”、“不變”，下同）； E₂-E₁不變
（2）在500℃、2×10⁷ Pa和催化劑條件下向一密閉容器中充入0.5mol N₂和1.5mol H₂，充分反應后，放出的熱量＜ 46.2kJ（填“＜”、“＞”或“=”）
（3）關于該反應的下列說法中，正確的是D．
A．△H＞0，氣體分子數目增多                 B．△H＞0，氣體分子數目減少
C．△H＜0，氣體分子數目增多                 D．△H＜0，氣體分子數目減少
（4）將一定量的N₂（g）和H₂（g）放入1L密閉容器中，在500℃、2×10⁷ Pa下達到平衡，測得N₂為0.10mol，H₂為0.30mol，NH₃為0.10mol．計算該條件下達到平衡時H₂的轉化率33.3%．若升高溫度，K值變化減小（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（5）在上述（4）反應條件的密閉容器中欲提高合成氨中H₂的轉化率，下列措施可行的AD（填字母）．
A．向容器中按原比例再充入原料氣                B．向容器中再充入惰性氣體
C．改變反應的催化劑                            D．分離出氨氣．

Answer 1

分析 （1）加入催化劑，降低反應的活化能，但是不會改變反應的焓變；
（2）根據可逆反應的特點分析；
（3）圖象分析焓變，依據反應前后氣體體積變化分析熵變；
（4）根據化學方程式，依據化學平衡三段式列式進行計算，根據轉化率=$\frac{變化量}{初始量}$×100%，溫度升高，反應逆向移動；
（5）反應條件的密閉容器中欲提高合成氨中H₂的轉化率，應使平衡正向移動，據此回答．

解答 解：（1）加入催化劑，降低反應的活化能，則E₁和E₂都減小，但是不會改變反應的焓變，所以E₂-E₁不變，故答案為：減小；不變；
（2）當0.5mol N₂和1.5mol H₂完全反應時，才能放出46.2kJ的熱量，但反應為可逆反應，不能完全進行，則密閉容器中充入0.5mol N₂和1.5mol H₂，充分反應后，放出的熱量小于46.2kJ，故答案為：＜；
（3）N₂（g）+3H₂（g）$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃（g）；△H=QKJ•mol^-1 ，圖象分析可知反應是放熱反應△H＜0，反應前后是氣體體積減小的反應，△S＜0；
故答案為：D；
（4）根據化學方程式和三段式列式計算：
         N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
初始濃度； 0.6   0.45       0
變化濃度：0.5    0.15       0.1
平衡濃度：0.1     0.3       0.1
該條件下H₂的轉化率=$\frac{0.15mol/L}{0.45mol/L}$×100%≈33.3%，
反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行，平衡常數減小；
故答案為：33.3%；減小；
（5）根據化學平衡：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），反應是氣體體積減小的放熱反應，欲提高H₂的轉化率，平衡正向進行；
A．向容器中按原比例再充入原料氣，則壓強增大，平衡向右移動，氫氣的轉化率增大，故A正確；
B．向容器中再充入惰性氣體，則各組分濃度不變，平衡不移動，氫氣的轉化率不變，故B錯誤；
C．改變反應的催化劑，不影響平衡的移動，氫氣的轉化率不變，故C錯誤；
D．液化生成物分離出氨，平衡向右移動，氫氣的轉化率增大，故D正確；
故答案為：AD．

點評 本題考查平衡常數即影響因素、化學反應速率、影響化學平衡的元素與平衡狀態的判斷等，難度中等，注意平衡狀態判斷選擇判斷的物理量，應隨著反應的進行發生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態，屬于綜合的考查，注意知識的歸納和整理是解題關鍵．