Question

【題目】在恒溫、體積為2.0L的密閉容器中通入1.0mol N2和1.0mol H2發(fā)生合成氨反應(yīng)，20min后達(dá)到平衡，測(cè)得反應(yīng)放出的熱量為18.4kJ，混合氣體的總物質(zhì)的量為1.6mol，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）從開始反應(yīng)至達(dá)到平衡時(shí)，用NH3表示該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率ν(NH3)=____。

（2）平衡時(shí)，N2的轉(zhuǎn)化率為____，NH3的體積分?jǐn)?shù)為____，平衡時(shí)體系的壓強(qiáng)為起始時(shí)壓強(qiáng)的____倍。

（3）該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為____。

（4）若拆開1mol H-H鍵和1mol NN鍵需要的能量分別是436kJ和946kJ，則拆開1mol N-H鍵需要的能量是____kJ。

（5）判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是____(填序號(hào))。

①單位時(shí)間內(nèi)消耗1mol N2的同時(shí)消耗了3mol H2；

②單位時(shí)間內(nèi)斷裂1mol N≡N的同時(shí)斷裂了6mol N–H；

③ν正(N2)= ν逆(NH3)；

④NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)不再隨時(shí)間而變化；

⑤容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)不再隨時(shí)間而變化的狀態(tài)；

⑥容器內(nèi)氣體的密度不再隨時(shí)間而變化的狀態(tài)；

⑦c(N2)：c(H2)：c(NH3)=1：3：2。

Answer 1

【答案】0.01mol/(Lmin) 20% 25% 0.8 N2 (g)+3H2 (g) 2NH3(g) H= -92kJ /mol 391 ②④⑤

【解析】

（1）設(shè)反應(yīng)消耗氮?dú)獾牧繛?/span>xmol，

N2 + 3H2 2NH3

起始量 1 1 0

變化量 x 3x 2x

平衡量 1-x 1-3x 2x

20min后達(dá)到平衡，混合氣體的總物質(zhì)的量為1.6mol，所以1-x+1-3x+2x=1.6，解之得x=0.2mol；根據(jù)v=c/t計(jì)算出v(NH3)；根據(jù)α=變化量/起始量×100%計(jì)算出N2的轉(zhuǎn)化率；同一條件下，氣體的體積之比和氣體的物質(zhì)的量成正比，計(jì)算出氨氣的體積分?jǐn)?shù)；同一條件下，氣體的壓強(qiáng)之比和氣體的物質(zhì)的量成正比，據(jù)此計(jì)算出平衡時(shí)體系的壓強(qiáng)與起始時(shí)壓強(qiáng)之比；根據(jù)H=反應(yīng)物斷鍵吸收能量-生成物成鍵放出的熱量，計(jì)算出拆開1mol N-H鍵需要的能量；

（2）根據(jù)平衡狀態(tài)判斷標(biāo)準(zhǔn)：v正=v逆，各物質(zhì)的濃度保持不變及由此衍生出的物理量進(jìn)行分析判斷。

（1）在恒溫、體積為2.0L的密閉容器中發(fā)生合成氨的反應(yīng)，設(shè)反應(yīng)消耗氮?dú)獾牧繛?/span>x mol，

N2 + 3H2 2NH3

起始量 1 1 0

變化量 x 3x 2x

平衡量 1-x 1-3x 2x

20min后達(dá)到平衡，混合氣體的總物質(zhì)的量為1.6mol，所以1-x+1-3x+2x=1.6，解之得x=0.2mol；c(NH3)=0.4mol/2L=0.2mol/L；v(NH3)= 0.2mol/L/20min=0.01mol/(Lmin)；

（2）根據(jù)（1）分析可知，平衡時(shí)，N2的轉(zhuǎn)化率為0.2mol/1mol×100%=20%；同一條件下，氣體的壓強(qiáng)之比和氣體的物質(zhì)的量成正比，所以平衡時(shí)氣體的總量為1.6mol同一條件下，氣體的體積之比和氣體的物質(zhì)的量成正比，所以平衡時(shí)氨氣的體積分?jǐn)?shù)為0.4mol/1.6mol×100%=25%；起始時(shí)氣體的總量為2mol，平衡時(shí)體系的壓強(qiáng)為起始時(shí)壓強(qiáng)的1.6mol/2mol=0.8倍；

（3）根據(jù)（1）分子可知，當(dāng)有0.2mol氮?dú)鈪⒓臃磻?yīng)，反應(yīng)放出的熱量為18.4kJ，所以當(dāng)1mol氮?dú)鈪⒓臃磻?yīng)，放出的熱量為92kJ；所以該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：N2(g)+3H2 (g) 2NH3(g) H= -92kJ /mol；

（4）設(shè)拆開1mol N-H鍵需要的能量是x kJ，根據(jù)N2(g)+ 3H2(g) 2NH3(g) H= -92kJ /mol反應(yīng)可知，H=反應(yīng)物斷鍵吸收能量-生成物成鍵放出的熱量，帶入數(shù)值：946kJ+3×436kJ-2×3×x= -92 kJ，解之得x=391kJ；

（5）①單位時(shí)間內(nèi)消耗1mol N2的同時(shí)消耗了3mol H2，均表示正反應(yīng)速率，反應(yīng)始終按該比例關(guān)系進(jìn)行，不能判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；

②單位時(shí)間內(nèi)斷裂1molN≡N鍵的同時(shí)，斷裂了6molN–H鍵，體現(xiàn)了2v正（N2）=v逆（NH3），可以判定反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；

③ν正(N2)= ν逆(NH3),不滿足速率之比和系數(shù)成正比的關(guān)系，不能判定反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；

④NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)不再隨時(shí)間而變化，即ν逆(NH3)= ν正(NH3)，可以判定反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；

⑤條件一定時(shí)，氣體的壓強(qiáng)和氣體的物質(zhì)的量成正比；隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總物質(zhì)的量減小，恒溫恒容下混合氣體的壓強(qiáng)隨著反應(yīng)的進(jìn)行，壓強(qiáng)在變小，而壓強(qiáng)不再改變時(shí)，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；

⑥混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積不變，根據(jù)ρ=m/V可知，混合氣體的密度不始終不變，不能判定反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；

⑦用N2、H2、NH3表示的反應(yīng)速率數(shù)值之比為1：3：2，反應(yīng)開始即按該比例關(guān)系進(jìn)行，不能判定反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；

故答案選②④⑤。