Question

氮及其化合物在生活及工业生产中有着重要应用。请回答以下问题：

(1)如图是N₂(g)、H₂(g)与NH₃(g)之间转化的能量关系图，则：

①N₂(g)与H₂(g)反应生成NH₃(g)的热化学方程式为___________________.

②过程(Ⅰ)和过程(Ⅱ)的反应热________(填“相同”或“不同”).

③某温度下，在1 L恒温恒容容器中充入1molN₂和3 mol H₂进行上述反应，10 min达到平衡，此时容器内压强变为原来的7/8.

a.该过程的平衡常数的表达式为____________.           

b.N₂的平衡转化率为________.

c.此时若保持容器温度和体积不变，向其中再加入2.25 molN₂和0.5 mol NH₃，则平衡________(填“正向”“逆向”或“不”)移动.

(2)用NH₃可以消除氮氧化物的污染，已知：

反应Ⅰ：4NH₃(g)＋3O₂(g)2N₂(g)＋6H₂O(g) ΔH₁＝a kJ·mol^－1   平衡常数为K₁

反应Ⅱ：N₂(g)＋O₂(g)2NO(g)  ΔH₂＝b kJ·mol^－1 平衡常数为K₂

反应Ⅲ：4NH₃(g)＋6NO(g)5N₂(g)＋6H₂O(g)  ΔH₃＝c kJ·mol^－1 平衡常数为K₃

则反应Ⅱ中的b＝_____(用含a、c的代数式表示)，K₃=_____(用K₁和K₂表示).反应Ⅲ中的ΔS______(填“>”“<”或“＝”)0.

(3)在恒容的密闭器中，充入一定量的NH₃和NO进行上述反应Ⅲ，测得不同温度下反应体系中NH₃的转化率(α)与压强p的关系如图所示：

①分析得p₁________p₂.(填“>”“<”或“＝”)

②下列叙述中，不能作为判断反应Ⅲ已经达到平衡状态的标志的是________(填序号).

a．N₂的浓度不再改变        b．断裂6 mol N—H键的同时，有6 mol H—O键形成

c．容器中压强不再变化      d．混合气体的密度保持不变

Answer

N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92 kJ·mol－1 相同 K=c2(NH3)/［c(N2)c3(H2)］ 25% 不 (a-c)/3 > < bd

【解析】

（1）①据图可知2molNH3分解得到1molN2和3molH2，吸收92kJ/mol的热量，因而N2(g)与H2(g)反应生成NH3(g)的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92 kJ·mol－1。

②根据盖斯定律，反应热只与起始状态及终了状态有关，与过程无关，这两个过程起始状态和终了状态相同，因而反应热相同。

③可以根据三段式去求解，设转化xmol/LN2：

N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)

起 1 3 0

转 x 3x 2x

平 1-x 3-3x 2x

根据此时容器内压强变为原来的7/8，可列式得，则x=0.25mol/L。

a. K= ；

b. N2的平衡转化率为0.25/1×100％=25％；

c. 平衡时c(N2)=0.75mol/L，c(H2)=2.25mol/L，c(NH3)=0.5mol/L，K==0.029，向其中再加入2.25 molN2和0.5 mol NH3，则c(N2)=3mol/L，c(H2)=2.25mol/L，c(NH3)=1mol/L，Q= =0.029，因而Q=K，平衡不移动。

（2）根据盖斯定律，设反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别为A、B、C，则B=(A-C)/3，因而b=(a-c)/3，由于c=a-3b，所以可知K3=K1/K23，根据4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(g)可知该反应各物质均为气体，且气体体积增大，因而混乱度变大，故ΔS>0。

（3）根据4NH3(g)＋6NO(g)5N2(g)＋6H2O(g)可知该反应的气体计量数在反应前后增大，因而保持温度不变，NH3的转化率(α)越大，说明压强越小，因而p1