Question

工业合成氨是人工固氮方法之一。

I．已知下列物质的键能：

则N₂(g)＋3H₂(g)=2NH₃(g)  △H=_____________。

Ⅱ．恒温下，将一定量N₂、H₂置于10L的容器中发生反应，反应过程中各物质浓度随时间变化如下图。

（1）图中0～2s内的反应速率v(H₂)=           ；该温度下平衡常数的计算表达式为__________。

（2）该反应达到平衡的标志为          （填序号）。

A．混合气体的平均相对分子质量不变

B．物质的量浓度比等于系数比

C．容器内温度不变

D．断裂1moIH-H键同时断裂2molN-H键

（3）若其它条件不变，将恒容条件变为恒压，则平衡时c(N₂)        （填“增大”、“减小”、“不变’’或“不能确定”）。

（4）哈伯研究所因证实N₂、H₂在固体催化剂(Fe)表面吸附和解吸以合成氨的过程而获诺贝尔奖。若用分别表示N₂、H₂、NH₃和固体催化剂，则在固体催化剂表面合成氨的过程可用下图表示：

①吸附后，能量状态最低的是              （填字母序号）。

②由上述原理，在铁表面进行NH₃的分解实验，发现分解速率与浓度关系如图。从吸附和解吸过程分析，c₀前速率增加的原因可能是          ；c₀后速率降低的原因可能是         。

Answer

I.－92kJ·mol－1；II.（1）0.75mol/(L·s)，K=1.002/(1.503×1.00)；（2）A、D；（3）增大；（4）①C；②氨的浓度增加，催化剂表面吸附的氨分子增多，速率增大；达到一定浓度后，氨分子浓度太大阻碍N2和H2的解吸。

【解析】

试题分析：I.根据反应热=反应物键能总和－生成物键能总和=946＋3×436－2×3×391kJ·mol－1=－92kJ·mol－1；II.（1）b为反应物，v(b)=(1.5－1)/2 mol/(L·s)=0.25mol/(L·s)，c为反应物，v(c)=(3－1.5)/2 mol/(L·s)=0.75 mol/(L·s)，a为生成物，v(a)=1/2 mol/(L·s)=0.5 mol/(L·s)，三者的物质的量之比为0.25:0.75:0.5=1:3:2，根据反应速率之比等于系数之比，a为NH3，b为N2，c为H2，v(H2)= 0.75 mol/(L·s)，平衡常数：达到平衡后，生成物浓度的幂之积与反应物浓度的幂之积的比值，K=1.002/(1.503×1.00)；（2）A、M=m/n，都是气体，气体质量不变，反应前后气体系数之和不等，n不变时，M不变，说明反应达到平衡；B、不知道开始时投入的量为多少，不能不说明达到平衡，故错误；C、此容器是恒温状态，不能说明反应达到平衡，故错误；D、两个方向是相反的，且比值和系数的比值相等，因此达到平衡，故说法正确；（3）恒压时，向正反应方向进行，气体物质的量的减少，体积变小，因此c(N2)的增大；（4）吸附后能量最低，说明物质稳定，因此C正确；②氨的浓度增加，催化剂表面吸附的氨分子增多，速率增大；达到一定浓度后，氨分子浓度太大阻碍N2和H2的解吸。

考点：考查反应热的计算、化学反应速率计算、化学平衡常数、平衡状态的判断、物质和能量的关系等知识。