Question

（17分）氨的合成原理为：N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g） ；△H= —92．4 KJ·mol^—1。现在500℃、20 MPa时，将N₂、H₂置于一个容积为2 L的密闭容器中发生反应，反应过程中各物质的物质的量变化如图。

回答下列问题：

（1）10 min内以NH₃表示的平均反应速率                ；

（2）在10 ~20 min内：NH₃浓度变化的原因可能是                   ；

A．加了催化剂   B．缩小容器体积    C．降低温度     D．增加NH₃物质的量

（3）第1次平衡的时间范围为：              ，第2次平衡的时间范围为：              ，

第1次平衡：平衡常数K₁ =            （带数据的表达式），第2次平衡时NH₃的体积分数           ；

（4）在反应进行至25 min时：

① 曲线发生变化的原因：                  

② 达第二次平衡时，新平衡的平衡常数K₂      K₁（填“大于”、“等于”、“小于”）；

（5）在25~40 min时，计算合成氨过程中的反应热△H=                 。

（6）根据最新“人工固氮”的研究报道，在常温、常压、光照条件下，N₂在催化剂（掺有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面与水发生下列反应：

N₂（g） + 3H₂O（1）  2NH₃（g） + O₂（g）  ；△H = a kJ·mol^—1

进一步研究NH₃生成量与温度的关系，常压下达到平衡时测得部分实验数据如下表：

T/K	303	313	323
NH3生成量/（10^-6mol）	4．8	5．9	6．0

①此合成反应的a    0；ΔS    0，（填“＞”、“＜”或“＝”）

②已知：N₂（g） + 3H₂（g）2NH₃（g）  ΔH= －92 ．4kJ·mol^—1

        2H₂（g） + O₂（g） = 2H₂O（l） = －571．6kJ·mol^—1

则常温下氮气与水反应生成氨气与氧气的热化学方程式为：                     

Answer

（17分）（1） v = 0.005 mol·L-1 ·min-1  ；（1分）  （2） AB（1分）

（3）20~25 min  （1分）   35~40 min  （1分）

  K =（0.15）2 0.125×（0.075）3  （带数据的表达式），（1分） 45．5 %   ；（1分）

（4）① 移走0．1 mol NH3 ，（2分）② 等于（1分）

（5）△H= —2．31 KJ·mol-1 。（2分）  （6）  ①＞、＞  （各1分）

②2N2（g） + 6H2O（1） = 4NH3（g） + 3O2（g） ΔH=+1530 kJ·mol-1 （2分）或

N2（g） + 3H2O（1） = 2NH3（g） + O2（g） ΔH=+765 kJ·mol-1 （2分）

【解析】（1）根据图像可知，10min时氨气的物质的量是0.1mol，浓度是0.05mol/L，所以其反应速率是0.05mol/L÷10min＝ 0.005 mol·L-1 ·min-1。

（2）根据图像可知，在10 ~20 min内氨气的生成速率增大，再20min时反应达到平衡状态，所以改变的条件应该是使用了催化剂会缩小了容器容积，答案选AB。

（3）反应进行到25min是物质的浓度又方式变化，所以第1次平衡的时间范围为20~25 min；同样根据图像可知，第2次平衡的时间范围为35~40 min；第1次平衡时氨气、氮气和氢气的浓度分别是（mol/L）0.15、0.125和0.075，所以K =（0.15）2 0.125×（0.075）3；第2次平衡时氨气、氮气和氢气的物质的量分别是（mol）0.25、0.225、0.075，所以氨气的体积分数是。

（4）①根据图像可知，25min是氨气的物质的量降低到0.2mol，而氮气和氢气的物质的量逐渐减小，所以改变的条件是移走0.1 mol NH3。

②温度不变，所以平衡常数是不变的。

（5）感觉图像可知，在25~40 min时，又生成0.05mol氨气，所以放出的热量是0.05mol×92.4kJ/mol÷2＝2.31kJ。

（6）①根据表中数据可知，随着温度的升高，氨气的物质的量逐渐增加，说明升高温度，平衡向正反应方向移动，因此正反应是吸热反应；根据方程式可知，气体的分子数增加，所以熵值是增加的。

②根据盖斯定律可知，该反应的热化学方程式是2N2（g） + 6H2O（1） = 4NH3（g） + 3O2（g），所以反应热△H＝－92 ．4kJ·mol—1×2＋3×571．6kJ·mol—1＝+1530 kJ·mol-1。