Question

合成氨的反应对人类解决粮食问题贡献巨大，反应如下：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)

(1)德国化学家F·Haber利用N₂和H₂在催化剂表面合成氨气而获得诺贝尔奖，该反应的能量变化及微观历程的示意图如下，用分别表示N₂、H₂、NH₃。

①该反应是____反应(填“吸热“或“放热”，其原因是反应物化学键断裂吸收的总能量_____(填“大于”或“小于”)生成物化学键形成放出的总能量。

②关于N₂和H₂在催化剂表面合成氨气的过程，下列说法正确的是________。

A.曲线b表示有催化剂时的能量变化情况

B.催化剂在吸附N₂、H₂时，催化剂与气体之间的作用力为化学键

C.在该过程中，N₂、H₂断键形成氮原子和氢原子

D.使用催化剂，使合成氨反应放出的能量增多

(2)一定温度下，向恒容的密闭容器中充入一定量的N₂和H₂发生反应，测得各组分浓度随时间变化如图所示。

①表示c(N₂)变化的曲线是_____（填“曲线A”或“曲线B”或“曲线C”)。

②0～t₀时用H₂表示的化学反应速率：v(H₂)=_____ mol‧L^-1‧min^-1

③下列能说明该反应达到平衡状态的是______(填序号)。

a.容器中的压强不随时间变化

b.2c(H₂)=3c(NH₃)

c.容器中混合气体的密度不随时间变化

d.断裂3mol H-H键的同时断裂6molN-H键

(3)人们曾认为N₂+3H₂ =2NH₃化学反应速率小，原材料利用率低，不可能用于工业化生产。化学家们不断地研究和改进该反应的条件，如催化剂、温度、压强等，并更新设备，成功地开发了合成氨的生产工艺。下列反应条件的改变对反应速率的影响正确的是_______。

A.增大N₂的浓度能加快反应速率

B.充入稀有气体增大压强能加快反应速率

C.升高温度能减慢反应速率

D.使用催化剂对反应速率无影响

Answer

放热 小于 AC 曲线A ad A

【解析】

由反应过程中的能量变化图判断该反应是否放热，焓变=反应物化学键断裂吸收的总能量-生成物化学键形成放出的总能量，比较即可；观察图片、结合催化剂对反应过程的影响等知识判断正误； 观察图片，按物质的量浓度的变化判断反应物和生成物，按物质的量浓度变化值之比等与化学计量数之比判断表示c(N2)变化的曲线；结合定义计算0～t0时v(H2)；按平衡特征判断各说法的正误；从影响反应速率的因素相关知识点判断正误，据此回答。

(1)①由反应过程中的能量变化图知，该反应放热，其原因是反应物化学键断裂吸收的总能量小于生成物化学键形成放出的总能量；

②A．催化剂能降低反应的活化能，故曲线b表示有催化剂时的能量变化情况，A正确；

B．催化剂在吸附N2、H2时，是物理变化，催化剂与气体之间并没有形成化学键，B错误；

C．由图知，在该过程中，N2、H2断键形成氮原子和氢原子，又重新结合形成了氨分子，C正确；

D．使用催化剂，能降低反应的活化能，但不改变反应的热效应，D错误；

则正确的是AC；

(2) ①C的物质的量浓度增加、A和B的物质的量浓度减小，所以A和B是反应物、C是生成物，物质的量浓度变化值之比等与化学计量数之比，即A、B与C的化学计量数之比为1:3:2，则表示c(N2)变化的曲线是曲线A；

②0～t0时用H2表示的化学反应速率：= mol‧L-1‧min-1；

③a．合成氨反应中，气体的物质的量、压强会随着反应而变化，故容器内压强不随时间的变化，说明气体的物质的量不随时间变化，则说明反应已达平衡，a正确；

b．由图知，平衡时c(H2)= c(NH3)，b错误；

c．恒容密闭容器中， ，气体质量始终不变，容积体积的不变，故气体密度不变不能说明已平衡，选项c错误；

d．断裂3mol H-H键的同时断裂6molN-H键，即υ正(H2):υ逆(NH3)=3:2，不同物质的正反应和逆反应速率等于化学计量数之比，则说明已平衡，d正确；则正确的说法为ad；

(3) A．增大反应物如N2的浓度能加快反应速率，A正确；

B．充入稀有气体增大压强，但是无效增压，反应相关各气体的浓度没有改变，故不能加快反应速率，B错误；

C．升高温度能加快反应速率，C错误；

D．使用催化剂，可降低反应的活化能，加快反应速率，D错误；

综上分析，答案选A。