Question

合成氨反应是重要的化工反应，请回答下列问题：

(1)①NH₃(g)+O₂(g)NO₂(g)+H₂O(g)   △H=-299.6kJ·mol^-1

②H₂(g)+O₂(g)=H₂O(g)   △H=-241.8kJ·mol^-1

③N₂(g)+2O₂(g)=2NO₂(g)   △H=+33.9kJ·mol^-1

由上述反应，可求出N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)的△H=___。

(2)对于反应①，在恒温恒容(H₂O为气态)的容器中，下列选项表明反应已达到平衡的是___。

A.混合气体的平均摩尔质量不变

B.混合气体的密度不变

C.气体的颜色不再变化

D.体系内压强不再变化

E.每消耗1molNH₃的同时生成1molNO₂

(3)已知：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)反应的熵变△S=-0.081kJ·mol^-1·K^-1，则298K时，该反应___(填“能”或“不能”)自发进行。

(4)如图为673K温度下，某合成氨塔里各气体组分压强变化图。

①t₁平衡时，氨气的体积分数为___%(保留位小数)。

②在图中画出氨气组分压强变化图___。

③该温度下N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)反应的压力平衡常数K_p=___(MPa)^-2(保留1位小数，K_p为以气体分压表示反应的平衡常数)

Answer

-92.3kJ·mol-1 ACD 能 33.3% 0.6

【解析】

(1)将目标方程式N2(g)+3H2(g)2NH3(g)和已知方程式对照可得出：③+3×②-2×①=目标方程式；

(2)平衡的标志：一是同一物质表示的正反应速率和逆反应速率相等，二是体系中各组分的含量不变；

(3)△G=△H-T△s＜0时，反应能自发进行；

(4)在恒温恒容条件下，气体的压强之比与物质的量成正比；从图上看，一条曲线分压减小值=(3.0-1.5)MPa=1.5MPa，另一条曲线分压减小值=(1.0-0.5)MPa=0.5MPa，这两条曲线应分别代表氢气、氮气的分压变化曲线，氨气应从0增加到1.0MPa。

(1)已知：①NH3(g)+O2(g)NO2(g)+H2O(g) △H=-299.6kJ·mol-1，②H2(g)+O2(g)=H2O(g) △H=-241.8kJ·mol-1，③N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=+33.9kJ·mol-1，③+3×②-2×①=目标方程式，故△H=(+33.9kJ·mol-1)+3×(-241.8kJ·mol-1)-2×(-299.6kJ·mol-1)=-92.3kJ·mol-1；

(2)恒温恒容下发生：NH3(g)+O2(g) NO2(g)+H2O(g)；

A．正反应是气体总物质的量n减小，混合气体总质量自始至终不变的反应，由可知，当混合气体的平均摩尔质量不变时，说明混合气体的总物质的量n不变，反应已达平衡，故A正确；

B．该反应的气体总质量m不变，总体积V不变，由可知，无论反应是否平衡，混合气体的密度都不变，即混合气体的密度不变，不能说明反应是否已平衡，故B错误；

C．该反应中的NO2为红棕色，由于恒容，导致该反应的正反应是气体颜色加深的反应，若反应未平衡，则气体颜色会一直加深，现气体的颜色不再变化，说明反应已达平衡，故C正确；

D．恒容时，该反应的正反应体系总压强减小的反应，当体系内压强不再变化，说明反应已达平衡，故D正确；

E．由方程式可知，无论是否平衡，每消耗1molNH3的同时一定生成1molNO2，即消耗1molNH3的同时生成1molNO2不能说明反应是否平衡，故E错误；

故答案为：ACD；

(3)△S=-0.081kJ·mol-1·K-1，T= 298K，△H=-92.3kJ·mol-1，则△G=△H-T△s =(-92.3kJ·mol-1)-298K×(-0.081kJ·mol-1·K-1)=-68.162kJ·mol-1＜0，该反应能自发进行；

(4)在恒温恒容条件下，气体的压强之比与物质的量成正比；从图上看，t1平衡时，一条曲线分压减小值=(3.0-1.5)MPa=1.5MPa，另一条曲线分压减小值=(1.0-0.5)MPa=0.5MPa，这两条曲线应分别代表氢气、氮气的分压变化曲线，氨气应从0增加到1.0MPa。

①t1平衡时，氢气的平衡分压为1.5MPa，氮气的平衡分压为0.5MPa，氨气的平衡分压为1.0MPa，已知恒温恒容条件下，气体的压强之比与物质的量成正比，则氨气的体积分数为×100%≈33.3%；

②在0~t1达到平衡过程中氨气应从0增加到1.0MPa，则氨气组分压强变化图为；

③t1平衡时，氢气的平衡分压为1.5MPa，氮气的平衡分压为0.5MPa，氨气的平衡分压为1.0MPa，该温度下N2(g)+3H2(g)2NH3(g)反应的压力平衡常数Kp=≈0.6。