Question

德国化学家哈伯(F.Haber)从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨。合成氨为解决世界的粮食问题作出了重要贡献。其原理为N₂(g)+3H₂(g)⇌2NH₃(g) △H=-92.4kJ/mol

(1)若已知H-H键的键能为436.0kJ/mol，N-H的键能为390.8kJ/mol，则NN的键能约为_____kJ/mol

(2)合成氨反应不加催化剂很难发生，催化剂铁触媒加入后参与了反应降低了活化能。其能量原理如图所示，则加了催化剂后整个反应的速率由______决定(填“第一步反应”或者“第二步反应”)，未使用催化剂时逆反应活化能______正反应活化能(填“大于”“小于”或者“等于”)

(3)从平衡和速率角度考虑，工业生产采取20MPa到50MPa的高压合成氨原因______

(4)一定温度下恒容容器中，以不同的H₂和N₂物质的量之比加入，平衡时NH₃体积分数如图所示，则H₂转化率a点______b点(填"大于”“小于”或者“等于”)。若起始压强为20MPa，则b点时体系的总压强约为______MPa。

(5)若该反应的正逆反应速率分别表示为v_正=K_正，v_逆=K_逆∙c²(NH₃)，则一定温度下，该反应 的平衡常数K=______(用含K_正和K_逆的表达式表示)，若K_正和K_逆都是温度的函数，且随温度升高而升高，则图中c和d分别表示______和______随温度变化趋势(填K_正或者K_逆)。

(6)常温下，向20mL的0.1mol/L的盐酸中通入一定量氨气反应后溶液呈中性(假设溶液体积变化忽略不计)则所得溶液中c(NH₄⁺)=_______

Answer

944.4 第一步反应 大于 当压强低于20MPa时，反应速率慢，且反应转化率低，压强过大于50MPa时，转化率提升不大，但对设备的要求高，生产成本高 小于 19 K正 K逆 0.1mol/L

【解析】

（1）根据反应热的计算公式，可得，故答案为：944.4；

（2）因为第一步反应的活化能大于第二步反应的活化能，则催化剂后整个反应的速率由第一步反应决定，由图可知未使用催化剂时逆反应活化能大于正反应活化能，故答案为：第一步反应；大于；

（3）根据工业上制备氨气的原理可知，当压强低于20MPa时，反应速率慢，且反应转化率低，压强过大于50MPa时，转化率提升不大，但对设备的要求高，生产成本高，所以工业生产采取20MPa到50MPa的高压合成氨，故答案为：当压强低于20MPa时，反应速率慢，且反应转化率低，压强过大于50MPa时，转化率提升不大，但对设备的要求高，生产成本高；

（4）当增大氢气的用量时，氮气的转化率升高，氢气的转化率降低，则H2的转化率a点小于b点；根据图知b点氨气的体积分数为5%，设氮气与氢气在恒容密闭容器中各投1mol，转化的氮气为xmol，则可列三段式为：

N2+3H2⇌2NH3

则有，，由此可得x= ，P(平衡)=19MPa，故答案为：小于；19；

（5）平衡时，正反应速率=逆反应速率，则有，平衡常数K= ；该反应为放热反应，温度升高时，平衡会逆向移动，平衡常数会减小，则K逆大于K正，c代表K正，d代表K逆，故答案为：；K正；K逆；

（6）反应后溶液呈中性，溶液中c（H+）=c（OH-）且由电荷守恒c（H+）+c（NH4+）=c（OH-）+c（Cl-），则c（NH4+）= c（Cl-）=0.1mol/L，故答案为：0.1mol/L。