Question

氨是一种重要的化工原料，工业合成氨对农业、化工和国防意义重大。合成氨反应为：N₂(g) +H₂(g)NH₃(g)，回答下列问题：

(1)化学键键能数据如下：

化学键	H-H	NN	N-H
E/kJ▪mol^-1	436	946	391

上述反应的△H=____________；若正反应的活化能为E_a正(kJ/mol')，则逆反应的活化能E_a逆=            kJ/mol (用含E_a正的代数式表示)。

(2)在合成氨的反应中，外界条件会对平衡发生移动产生影响。如图表示随外界条件改变，氨气的体积分数(φ)的变化趋势。若横坐标x表示压强，则变化趋势正确的是__________， (填曲线字母标号，下同)；若x为温度，则变化趋势正确的是__________。

(3) p(N₂)、p(H₂)、p( NH₃)分别代表N₂、H₂、NH₃的分压，上述反应的压力平衡常数表达式K_p=_________(用平衡时的分压代替平衡时的浓度表示)；已知：一定条件下，V_正、V_逆分别与k_正、k_逆成正比，其中k_正、k_逆为速率常数，随温度升高而增大，温度一定时，k_正 ：k_逆为常数。若合成氨反应达到平衡后，再升高温度时，理论上活化分子百分数_______，(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，k_正 ：k_逆与升高温度前比较将_____________。

(4)工业上，合成氨反应在高压条件下进行，实际上Kp值不仅与温度有关，还与压力和气体组成有关。一定条件下，上述合成氨反应接近平衡时，遵循如下方程： 。其中r( NH₃)为氨合成反应的净速率，a为常数，与催化剂性质及反应条件有关，该条件下，实验测得a=0.5，则反应达到平衡时，k_{正 、}k_逆、k_p三者的关系式为____________________。

Answer

-46kJ/mol Ea逆=Ea正+46 b a 减小 K正=K逆·Kp2

【解析】

(1)根据反应物总键能与生成物总键能的差计算反应热；

△H= E生成物-E反应物=Ea正-Ea逆，据此计算Ea逆；

(2)合成氨气的反应是气体体积减小的放热反应，根据平衡移动原理分析温度、压强对化学平衡的影响判断曲线；

(3)用平衡分压代替平衡浓度带入平衡常数表达式，可得Kp；

温度升高，气体活化分子数增加，活化分子百分数增加，温度对吸热反应影响更大；

(4)反应达到平衡时NH3的净速率为0，将a=0.5带入上述表达式，可得相应关系。

(1)△H正=(×946+×436-3×391)kJ/mol=-46kJ/mol；

△H= E生成物-E反应物=Ea正-Ea逆=-46kJ/mol，则Ea逆=Ea正+46kJ/mol；

(2)工业上合成氨反应N2(g) +H2(g)NH3(g) △H=-46kJ/mol的正反应是气体体积减小的放热反应；

若横坐标表示压强，则在其他条件不变时，增大压强，化学平衡向正反应方向移动，达到平衡时NH3的含量增大，故合理选项是b；

若横坐标表示温度，则在其他条件不变时，升高温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，达到平衡时NH3的含量降低，故合理选项是a；

(3)对于反应N2(g) +H2(g)NH3(g) ，p(N2)、p(H2)、p( NH3)分别代表N2、H2、NH3的分压，上述反应的压力平衡常数表达式Kp=；

一定条件下，V正、V逆分别与k正、k逆成正比，其中k正、k逆为速率常数，随温度升高而增大，温度一定时，k正 ：k逆为常数。若合成氨反应达到平衡后，再升高温度时，分子的内能增加，气体活化分子数增加，气体分子总数不变，所以活化分子百分数增加；该反应的正反应是放热反应，由于温度对吸热反应影响更大，所以升高温度后，k正 ：k逆都增大，但k逆增大的倍数大于k正增大的倍数，所以与升高温度前比较k正 ：k逆将减小；

(4)反应达到平衡时，氨气的净速率r(NH3)=0，若a=0.5，=。

整理可得；，所以，K正=K逆·Kp2。