Question

【題目】工業(yè)合成氨的反應(yīng)為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)是一個放熱的可逆反應(yīng)，反應(yīng)條件是高溫、高壓，并且需要合適的催化劑。已知形成1 mol H—H鍵、1 mol N—H鍵、1 mol N≡N鍵放出的能量分別為436 kJ、391 kJ、946 kJ。則：

(1)若1 mol氮氣完全反應(yīng)生成氨氣可放出的能量為__________ kJ。

(2)如果將1 mol氮氣和3 mol氫氣混合，使其充分反應(yīng)，反應(yīng)放出的能量總小于上述數(shù)值，為什么？_______________。

(3)實驗室模擬工業(yè)合成氨時，在容積為2 L的密閉容器內(nèi)，充入2 mol氮氣和3 mol氫氣反應(yīng)經(jīng)過1分鐘后，達到平衡狀態(tài)，此時容器內(nèi)壓強為原來的80%，則用氮氣表示的化學(xué)反應(yīng)速率是________ mol/(L·min)，氫氣的轉(zhuǎn)化率為________。

(4)一定條件下，當(dāng)合成氨的反應(yīng)達到化學(xué)平衡時，下列說法正確的是________。

a.正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等且為零 b.氮氣和氫氣的轉(zhuǎn)化率相等

c.氮氣的轉(zhuǎn)化率達到最大值 d.氮氣和氫氣的濃度相等

e.N2、H2和NH3的體積分數(shù)相等 f.反應(yīng)達到最大程度

(5)生產(chǎn)過程中通常將氨氣及時分離出去，則平衡________(填正向，逆向，不)移動，正反應(yīng)速率將________(增大，減小，不變)。

Answer 1

【答案】92 該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，1 mol氮氣和3 mol 氫氣不能完全反應(yīng)，放出的能量總是小于92 kJ 0.25 50% cf 正向 減小

【解析】

(1)△H=反應(yīng)物鍵能和-生成物鍵能和，反應(yīng)N2+3H22NH3的△H=(946+3×436-6×391)kJ/mol=-92kJ/mol；

(2)合成氨為可逆反應(yīng)，反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化為生成物；

(3)結(jié)合υ=，轉(zhuǎn)化率= ×100%計算；

(4)平衡時正逆反應(yīng)速率相等，濃度不變，為動態(tài)平衡，為反應(yīng)的最大限度；

(5)根據(jù)反應(yīng)特點，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)速率影響因素及平衡移動原理分析。

(1)△H=反應(yīng)物鍵能和-生成物鍵能和，反應(yīng)N2+3H22NH3的△H=(946+3×436-6×391)kJ/mol=-92kJ/mol；

(2)將1 mol N2和3 mol H2混合，使充分反應(yīng)，反應(yīng)放出的熱量總小于上述數(shù)值，是因為合成氨為可逆反應(yīng)，反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化為生成物NH3，所以1 mol氮氣和3 mol氫氣混合，使其充分反應(yīng)，反應(yīng)放出的能量總小于92kJ；

(3)在恒溫恒容時，氣體的壓強比等于氣體的物質(zhì)的量的比，開始時氣體的物質(zhì)的量為2mol+3mol=5mol，由于平衡時氣體壓強為原來的80%，則氣體的物質(zhì)的量減小5mol-5mol×80%=1mol。根據(jù)方程式N2+3H22NH3可知：每有1molN2反應(yīng)，反應(yīng)后會減小2mol，現(xiàn)在氣體的物質(zhì)的量減小1mol，則反應(yīng)的N2的物質(zhì)的量為0.5mol，所以用氮氣表示的化學(xué)反應(yīng)速率是υ(N2)===0.25mol/(L·min)；根據(jù)方程式可知N2、H2反應(yīng)的物質(zhì)的量的比是1:3，氮氣反應(yīng)了0.5mol，則氫氣反應(yīng)了1.5mol，由于反應(yīng)開始時加入氫氣的物質(zhì)的量為3mol，所以氫氣的轉(zhuǎn)化率為= ×100%=50%；

(4) a.化學(xué)平衡為動態(tài)平衡，達到平衡時正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等但不為零，a錯誤；

b.反應(yīng)達到平衡時，氮氣和氫氣的轉(zhuǎn)化率可能相等，也可能不相等，這與反應(yīng)開始時加入的兩種物質(zhì)的物質(zhì)的量多少有關(guān)，b錯誤；

c.反應(yīng)從正反應(yīng)方向開始，若氮氣的轉(zhuǎn)化率達到最大值，則反應(yīng)達到平衡，c正確；

d.達到平衡時氮氣和氫氣的濃度不一定相等，這與起始量、物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率有關(guān)，d錯誤；

e.N2、H2和NH3的體積分數(shù)相等，反應(yīng)可能處于平衡狀態(tài)，也可能未處于平衡狀態(tài)，e錯誤；

f.反應(yīng)達到最大程度，任何物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，f正確；

故合理選項是cf；

(5)生產(chǎn)過程中通常將氨氣及時分離出去，則c(NH3)減小，根據(jù)平衡移動原理：減小生成物濃度，化學(xué)平衡向正向移動，由于物質(zhì)的濃度降低，所以正反應(yīng)速率將減小。