Question

氮的固定是指将氮元素由游离态转化为化合态的过程.据报道,常温、常压、光照条件下,N₂在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应,生成的主要产物为NH₃,相应的热化学方程式为:2N₂(g)+6H₂O(l)⇌4NH₃(g)+3O₂ΔH=+1530.0kJ/mol。目前工业合成氨的原理是:N₂(g)+3H₂(g)⇌2NH₃(g)ΔH=-93.0kJ/mol。

回答下列问题:

（1）写出表示氢气燃烧热的热化学方程式________。

（2）在恒温恒容密闭容器中进行的工业合成氨反应,下列能表示达到平衡状态的是________(填序号)。

A.混合气体的压强不再发生变化

B.混合气体的平均相对分子质量不再发生变化

C.三种物质的浓度比恰好等于化学方程式中各物质的化学计量数之比

D.单位时间内断开3a个H-H键的同时形成6a个N-H键

E.反应容器中NH₃的物质的量不再发生变化

（3）在一定温度下,向容积不变(始终为10L）的密闭容器中加入2molN₂、8molH₂及固体催化剂，10min后反应达到平衡状态,容器内气体压强变为起始的80%,10min内用氮气的浓度表示的化学反应速率为________,平衡时氮气的转化率为________。则该温度下反应的平衡常数K=________(计算结果可用分数表示)。

（4）原料气H₂可通过反应CH₄(g)+H₂O(l)⇌CO(g)+3H₂(g)获取,已知该反应中,当初始混合气中的恒定时,温度、压强对平衡混合气CH₄含量的影响如图所示:

①下图中,两条曲线表示压强的关系是:P₁________P₂(填“＞”、“=”或“＜”).

②该反应为________反应(填“吸热”或“放热”).

Answer

H2(g)+O2(g)=H2O(l)△H=－286.0kJ/mol ABE 0.01mol/(L·min) 50% 3.2L2/mol2 ＜ 吸热.

【解析】

(1)①2N2(g)+6H2O(l)⇌4NH3(g)+3O2(g) ΔH=+1530.0kJ/mol，②N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH=-93.0kJ/mol，根据盖斯定律，-即可得到H2(g)+O2(g)=H2O(l)，△H=-=－286.0kJ/mol；

(2)A．合成氨为气体计量数减小的反应，反应达到平衡时，各物质的物质的量不再改变，则混合气体的压强不再发生变化，压强不变可判断是否达到平衡的依据，A符合题意；

B．合成氨的反应前后气体的物质的量不等，反应达到平衡时，各组分的物质的量不再改变，而混合气体的质量一直不变，=，在反应过程中混合气体的平均摩尔质量发生变化，只有平衡时其平均摩尔质量不变，则混合气体的平均相对分子质量不再发生变化达到平衡状态，B符合题意；

C．三种物质的浓度比恰好等于化学方程式中各物质的化学计量数之比，不能判断同一物种的正逆反应速率是否相等，不能判断是否达到平衡状态，C不符合题意；

D．单位时间内断开3a个H-H键的同时必然形成6a个N-H键，无论反应是否平衡，均为此情况，无法判断是否达到平衡状态，D不符合题意；

E．反应容器中NH3的物质的量不再发生变化，反应达到平衡状态，E符合题意；

答案为ABE。

(3)反应为恒容的密闭容器，容器中的压强之比等于物质的量之比，则平衡时气体的物质的量之和为8mol。

，

即2-x+8-3x+2x=8mol，x=1mol，v(N2)==0.01mol/(L·min)；平衡时氮气的转化率为×100%=50%；K==3.2L2/mol2；

(4)①依据图像变化分析，相同温度下CH4(g)+H2O(l)⇌CO(g)+3H2(g)为气体体积增大的反应，压强增大，平衡逆向移动，甲烷平衡量越高，故P1＜P2；

②压强一定时，温度升高，甲烷的平衡含量减小，平衡正向进行，正反应为吸热反应。