Question

合成氨工業(yè)是極為重要的化學(xué)工業(yè)，當(dāng)今對(duì)合成氨工業(yè)的研究仍然充滿活力．其合成原理為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H=-92.2kJ/mol．回答下列問題：
（1）如圖是合成氨時(shí)的能量變化圖，圖中A、C分別表示

 

、

 

，E的大小對(duì)該反應(yīng)的反應(yīng)熱有無影響？

 

．工業(yè)生產(chǎn)中主要用鐵觸媒作催化劑，當(dāng)向反應(yīng)體系中加入鐵觸媒時(shí)，圖中的E將

 

（增大、減小、不變）．當(dāng)有

1

3

mol的N₂轉(zhuǎn)化為NH₃時(shí)，圖中△H′=

 

；
（2）下表是按V（N₂）：V（H₂）=1：3合成氨時(shí)NH₃的百分含量與壓強(qiáng)、溫度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：

	10	20	30	60
300	52.0	64.2	71.0	84.2
400	25.1	38.2	47.0	65.2
500	10.6	19.1	26.4	42.0

由上表可知：①NH₃的含量隨壓強(qiáng)的變化是

 

，②NH₃的含量隨溫度的變化是

 

，其原因是

 

．
（3）若反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)速率v（N₂）為 a mol/L?min，則v（H₂）=

 

；
（4）在10Pa、400℃時(shí)，若以N₂（g）與H₂（g）的物質(zhì)的量分別為1mol和3mol進(jìn)行反應(yīng)，則達(dá)到平衡時(shí)，N₂（g）的轉(zhuǎn)化率約為

 

．

Answer 1

分析：（1）對(duì)于放熱反應(yīng)，反應(yīng)物的能量會(huì)高于生成物的能量，加入催化劑可以降低反應(yīng)的活化能，熱化學(xué)方程式系數(shù)代表物質(zhì)的量；
（2）根據(jù)壓強(qiáng)和溫度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響知識(shí)來回答；
（3）根據(jù)不同物質(zhì)表示的化學(xué)反應(yīng)速率之比等于方程式的系數(shù)之比來回答；
（4）根據(jù)合成氨時(shí)NH₃的百分含量與壓強(qiáng)、溫度的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)合三行式進(jìn)行計(jì)算．

解答：解：（1）對(duì)于放熱反應(yīng)，反應(yīng)物的能量會(huì)高于生成物的能量，圖中A的能量高于C，所以A、C分別表示反應(yīng)物的能量、生成物的能量，E的大小只和反應(yīng)物以及產(chǎn)物有關(guān)，和活化能無關(guān)，所以E的大小對(duì)該反應(yīng)的反應(yīng)熱有無影響，當(dāng)向反應(yīng)體系中加入催化劑鐵觸媒時(shí)，會(huì)降低反應(yīng)的活化能，根據(jù)反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol，3mol氮?dú)鈪⒓臃磻?yīng)時(shí)，放出的能量是92.2kJ，所以當(dāng)有

1

3

mol的N₂轉(zhuǎn)化為NH₃時(shí)，圖中△H′=-

1

3

×92.2kJ/mol=-30.7kJ/mol，
故答案為：反應(yīng)物能量；生成物的能量；無；減��；-30.7kJ/mol；
（2）增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡向著氣體體積減小的方向進(jìn)行，即向著正方向進(jìn)行，溫度升高，化學(xué)平衡向著吸熱方向進(jìn)行，即向著逆反應(yīng)方向進(jìn)行，同壓下，溫度越高，NH₃的百分含量越低，
故答案為：同溫下，壓強(qiáng)越大，NH₃的百分含量越高；同壓下，溫度越高，NH₃的百分含量越低；正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)的方向移動(dòng)；
（3）若反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)速率v（N₂）應(yīng)該是氫氣反應(yīng)速率的三分之一，所以率v（N₂）為 a mol/（L?min），則v（H₂）=3amol/（L?min），
故答案為：3amol/（L?min）；
（4）根據(jù)表中信息，在10Pa、400℃時(shí)，NH₃的百分含量為25.1%，設(shè)N₂（g）的變化量是n，則
         N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
初始量：1        3        0
變化量：n         3n       2n
平衡量：1-n      3-3n       2n
即

1-n

1-n+3-3n+2n

×100%=25.1%，解得n≈0.4mol，
所以氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率為

0.4

1

×100%=40%，
故答案為：40%．

點(diǎn)評(píng)：本題涉及化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)、化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算以及影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素等知識(shí)，可以根據(jù)所學(xué)知識(shí)來回答，難度不大．