Question

7．合成氨工業(yè)是我省開磷集團(tuán)的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一．氨是一種重要的化工原料，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用．
（1）在一定溫度下，在固定體積的密閉容器中進(jìn)行可逆反應(yīng)：N₂+3H₂?2NH₃．該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是C；
A.3v（H₂）_正=2v（NH₃）_逆
B．單位時間生成mmolN₂的同時生成3mmolH₂
C．容器內(nèi)的總壓強(qiáng)不再隨時間而變化
D．混合氣體的密度不再隨時間變化
（2）氨氣具有還原性，例如，氨氣能與鹵素單質(zhì)發(fā)生置換反應(yīng)．已知幾種化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如表所示：
請寫出氨氣與溴蒸汽反應(yīng)的熱化學(xué)方程式2NH_{3 （g）}+3Br_2（g）=N_2（g）+6HBr_（g）△H=-214KJ/mol；

化學(xué)鍵	N-H	N≡N	Br-Br	H-Br
鍵能/kJ•mol-1	391	946	194	366

（3）工業(yè)上可用天然氣為原料來制取合成氨的原料氣氫氣．某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)模擬工業(yè)制取氨氣的原理，在一定溫度下，體積為2L的恒容密閉容器中，測得如下表所示數(shù)據(jù)．請回答下列問題：

時間/min	CH4（mol）	H2O（mol）	CO （mol）	H2 （mol）
0	0.40	1.00	0	0
5	a	0.80	c	0.60
7	0.20	b	0.20	d
10	0.21	0.81	0.19	0.64

①分析標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，判斷5min時反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)（填“是”或“否”），前5min反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v（CH₄）=0.02mol•min^-1；
②該溫度下，上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.0675；
③反應(yīng)在7-10min內(nèi)，CO的物質(zhì)的量減少的原因可能是D（填字母）
A．減少CH₄的物質(zhì)的量     B．降低溫度     C．升高溫度      D．充入H₂
（4）氨的催化氧化：4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）是工業(yè)制硝酸的重要反應(yīng)．在1L密閉容器中充入4molNH₃（g）和5molO₂（g），保持其他條件不變，測得c（NO）與溫度的關(guān)系如圖所示．該反應(yīng)的△H＜0（填“＞”、“＜”
或“=”）；T₀溫度下，NH₃的轉(zhuǎn)化率為75%．

Answer 1

分析 （1）可逆反應(yīng)N₂+3H₂?2NH₃達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化；該反應(yīng)前后都是氣體，容器容積固定，則氣體的密度始終不變，據(jù)此進(jìn)行解答；
（2）反應(yīng)的焓變△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，結(jié)合熱化學(xué)方程式書寫方法寫出；
（3）①化學(xué)平衡狀態(tài)時各組分的濃度不再隨時間的改變而改變，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$來計(jì)算反應(yīng)的速率；
②先求出平衡時各物質(zhì)的濃度，然后根據(jù)平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比來解答；
③根據(jù)影響化學(xué)平衡移動的因素來分析；
（4）在1L密閉容器中充入4molNH₃（g）和5molO₂（g），保持其他條件不變，測得c（NO）與溫度的關(guān)系如圖所示隨溫度升高，NO濃度增大后減小說明升溫平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，結(jié)合三行計(jì)算列式得到NH₃的轉(zhuǎn)化率．

解答 解：（1）A．3v（H₂）_正=2v（NH₃）_逆，化學(xué)反應(yīng)速率之比與化學(xué)計(jì)量數(shù)之比不等，則正逆反應(yīng)速率不等，沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．單位時間生成mmolN₂的同時生成3mmolH₂，只能說明反應(yīng)正向進(jìn)行，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．該反應(yīng)為氣體體積縮小的反應(yīng)，反應(yīng)過程中氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化，容器內(nèi)壓強(qiáng)也發(fā)生變化，容器內(nèi)壓強(qiáng)不再隨時間而變化，說明各組分的濃度不再變化，正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故C正確；
D．密度ρ=$\frac{m}{ρ}$，氣體總質(zhì)量不變，容器體積不變，則混合氣體的密度不再隨時間變化，所以密度不能作為判斷是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)，故D錯誤；故選C，
故答案為：C；
（2）氨氣與溴蒸汽反應(yīng)生成氮?dú)夂弯寤瘹�，反�?yīng)的化學(xué)方程式為：2NH₃+3Br₂=N₂+6HBr，
反應(yīng)的焓變△H=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能=2×3×391KJ/mol+3×194KJ/mol-946KJ/mol-6×366KJ/mol=-214KJ/mol，則反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
2NH_{3 （g）}+3Br_2（g）=N_2（g）+6HBr_（g）△H=-214KJ/mol，
故答案為：2NH_{3 （g）}+3Br_2（g）=N_2（g）+6HBr_（g）△H=-214KJ/mol；
（3）①根據(jù)CO和H₂的物質(zhì)的量的變化情況可以判斷，5〜7min之間反應(yīng)是處于平衡狀態(tài)，所以5min時反應(yīng)是處于平衡狀態(tài)；
前5min平均反應(yīng)速率v（CH₄）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{0.4mol-0.2mol}{2L}}{5min}$=0.02mol/L•min^-1；
故答案為：是；0.02mol•min^-1；
②CH₄（g）+H₂O?CO（g）+3H₂（g）
起始（mol/L） 0.20             0.50       0             0
反應(yīng)（mol/L） 0.10            0.10       0.10       0.30
平衡（mol/L） 0.10            0.40       0.10       0.30
該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{0.3{0}^{3}×0.10}{0.10×0.40}$=0.0675，
故答案為：0.0675；
③反應(yīng)在7～10min之間，CO的物質(zhì)的量減少，加入氫氣能讓平衡逆向移動，減少一氧化碳的濃度，
故答案為：D；
（4）在1L密閉容器中充入4molNH₃（g）和5molO₂（g），保持其他條件不變，測得c（NO）與溫度的關(guān)系如圖所示隨溫度升高，NO濃度增大后減小說明升溫平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，結(jié)合三行計(jì)算列式得到，T₀溫度下NO濃度為3mol/L，物質(zhì)的量為3mol，
                           4NH₃（g）+5O₂（g）?4NO（g）+6H₂O（g）
起始量（mol）    4                   5                   0             0
變化量（mol）    3                 3.75                3              4.5
平衡量（mol）   1                  1.25                3              4.5
氨氣轉(zhuǎn)化率=$\frac{3}{4}$×100%=75%，
故答案為：＜；75%．

點(diǎn)評 本題主要考查了熱化學(xué)方程式書寫和蓋斯定律計(jì)算、反應(yīng)速率、平衡常數(shù)的計(jì)算、外界條件對化學(xué)平衡的影響，注意三段法在計(jì)算中的運(yùn)用，題目難度中等．