Question

10．自1913年工業(yè)合成氨投產以來，合成氨工業(yè)不斷發(fā)展，氨又可以進一步制備硝酸，在工業(yè)上可進行連續(xù)生產．請回答下列問題：
（1）已知：N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
寫出氨氣經催化氧化生成一氧化氮氣體和水蒸氣的熱化學方程式：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0kJ/mol．
（2）在一定條件下，合成塔中氮氣和氫氣的起始濃度分別為a mol•L^-1和b mol•L^-1，反應為：N₂+3H₂?2NH₃，氨氣的濃度隨時間變化如圖所示．在10min時采取的措施是移去部分氨氣，點A的平衡常數K=（填“＜”、“＞”或“=”）B點的平衡常數．
（3）在一定體積的恒容密閉容器中，進行如下化學反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），其化學平衡常數K與溫度t的關系如表：

t/K	298	398	498	…
K	4.1×106	K1	K2	…

①比較K₁、K₂的大�。篕₁＞K₂（填“＞”、“=”或“＜”）．
②判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的依據是AC（填序號）．
A．2v_正（H₂）（正）=3v_逆（NH₃）            B．v_正（N₂）=3v_逆（H₂）
C．容器內壓強保持不變                D．混合氣體的密度保持不變
（4）在一定溫度和催化劑下，將6.4mol H₂和2.4molN₂混合于一個容積為4L的密閉容器中發(fā)生反應，在3min末時反應恰好達平衡，此時生成了1.6mol NH₃．計算該條件下的平衡常數為0.4（L/mol）²．

Answer 1

分析 （1）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（2）由反應速率為單位時間內濃度的變化量來計算氨氣的反應速率，再利用反應速率之比等于化學計量數之比計算氫氣的反應速率；由圖可知10min時氨氣的濃度瞬間減小，平衡常數為生成物濃度冪之比與反應物濃度冪之比的比，溫度不變，則化學平衡K不變；
（3）①平衡常數隨溫度變化，與壓強和濃度變化無關，平衡常數變化結合反應一定原理分析判斷；
②直接標志：①速率關系：正反應速率與逆反應速率相等，②反應體系中各物質的百分含量保持不變．
間接標志：①混合氣體的總壓強、總體積、總物質的量不隨時間的改變而改變（m+n≠p+q）；②各物質的濃度、物質的量不隨時間的改變而改變；③各氣體的體積、各氣體的分壓不隨時間的改變而改變；
（4）依據化學三行計算列式計算物質的平衡濃度，平衡常數等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積．

解答 解：（1）①N₂（g）+O₂（g）═2NO（g）△H=+180.5kJ/mol
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-483.6kJ/mol
由蓋斯定律③×3-②×2+①×2得到熱化學方程式：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0 kJ/mol，
故答案為：4NH₃（g）+5O₂（g）═4NO（g）+6H₂O（g）△H=-905.0 kJ/mol；
（2）由圖可知10min時氨氣的濃度瞬間減小，則采取的措施為移去部分氨氣，因A和B點的溫度相對，則化學平衡常數K相等，
故答案為：移去部分氨氣；=；
（3）①在一定體積的密閉容器中，進行如下化學反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，反應是放熱反應，依據圖表數據分析，溫度升高，平衡逆向進行，平衡常數減小，K₁＞K₂；
故答案為：＞；    
②平衡標志最根本的依據是正反應速率等于逆反應速率，反應混合物中各組分的含量保持不變；
A、速率之比等于系數之比，2V_H2（正）=3V_NH3（逆），說明氨氣的正反應速率等于氨氣的逆反應速率，反應達到平衡，故A符合；
B、速率之比等于系數之比，v_正（N₂）=3v_逆（H₂）不符合速率之比等于系數之比，故B不符合；
C．容器內壓強保持不變，反應前后氣體體積減小，壓強不變，說明平衡不變，故C符合；
D．反應體系中 物質質量守恒，體積相同，密度不變，反應進行過程中，平衡狀態(tài)混合氣體的密度保持不變，故D不符合；
故答案為：AC；
（4）N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）
起始物質的量濃度（mol/L）  0.6      1.6         0
轉化物質的量濃度（mol/L）  0.2      0.6         0.4
平衡物質的量濃度（mol/L）  0.4      1           0.4    
k=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0．{4}^{2}}{0.4×{1}^{3}}$=0.4（L/mol）²，
故答案為：0.4（L/mol）²．

點評 本題考查了熱化學方程式和蓋斯定律的計算應用，化學反應能量變化圖象分析，平衡標志、平衡常數和平衡計算的判斷計算是解題關鍵，題目難度中等．