Question

3．工業(yè)上合成氨的反應是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.20kJ•mol^-1．
（1）在絕熱固定容積的密閉容器發(fā)生反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），能說明上述反應向正反應方向移動的是②④
①單位時間內(nèi)生成2n mol NH₃的同時生成3n mol H₂
②單位時間內(nèi)生成6n mol N-H的同時生成2n mol H-H
③用N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量濃度變化表示的反應速率之比為1：3：2
④混合氣體的平均摩爾質(zhì)量增大
⑤容器內(nèi)氣體密度不變
（2）已知合成氨反應在某溫度下2L的密閉容器中進行，測得如下數(shù)據(jù)：

時間（h） 物質(zhì)的量（mol）	0	1	2	3	4
N2	1.50	n1	1.20	n3	1.00
H2	4.50	4.20	3.60	n4	3.00
NH3	0	0.20		1.00	1.00

根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算：
①反應進行到2小時時放出的熱量為27.78KJ
②0～l小時內(nèi)N₂的平均反應速率0.05mol•L^-1•h^-1；
③此條件下該反應的化學平衡常數(shù)K=0.15（保留兩位小數(shù)）
④反應達到平衡后，若往平衡體系中再加入N₂、H₂和NH₃各1.00mol，化學平衡將向正反應方向移動（填“正反應”、“逆反應”或“不移動”）．

Answer 1

分析 （1）①單位時間內(nèi)生成2n mol NH₃等效于消耗3n mol H₂，同時生成3n mol H₂，反應達平衡狀態(tài)；
②單位時間內(nèi)生成6n mol N-H等效于消耗3n mol H-H，同時生成2n mol H-H，所以平衡向正反應方向；
③只要反應發(fā)生，都符合N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量濃度變化表示的反應速率之比為1：3：2；
④混合氣體的平均摩爾質(zhì)量增大，說明氣體的物質(zhì)的量增加；
⑤容器內(nèi)氣體的密度一直不變；
（2）①依據(jù)反應的焓變結(jié)合化學方程式計算放出的熱量；
②根據(jù)氨氣的物質(zhì)的量計算出消耗的氮氣的物質(zhì)的量，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算出0～1小時內(nèi)N₂的平均反應速度率；
③根據(jù)3、4小時的時間段氨氣的物質(zhì)的量不變，說明達到了平衡狀態(tài)，根據(jù)氨氣的物質(zhì)的量計算出消耗的氮氣和氫氣的物質(zhì)的量及平衡時的濃度，
再根據(jù)平衡常數(shù)表達式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$計算出該溫度下的平衡常數(shù)；
④根據(jù)加入氨氣、水和氨氣后的濃度商判斷平衡移動方向．

解答 解（1）①單位時間內(nèi)生成2n mol NH₃等效于消耗3n mol H₂，同時生成3n mol H₂，反應達平衡狀態(tài)，故不選；
②單位時間內(nèi)生成6n mol N-H等效于消耗3n mol H-H，同時生成2n mol H-H，所以平衡向正反應方向，故選；
③只要反應發(fā)生，都符合N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量濃度變化表示的反應速率之比為1：3：2，故不選；
④混合氣體的平均摩爾質(zhì)量增大，說明氣體的物質(zhì)的量增加，平衡正向移動，故選；
⑤容器內(nèi)氣體的密度一直不變，故不選；
故答案為：②④；　
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.20kJ•mol^-1，生成2mol氨氣放熱92.30kJ，反應進行到2小時時，氮氣的物質(zhì)的量變化了1.5mol-1.2mol=0.3mol，則生成氨氣0.6mol，放出的熱量為$\frac{92.60}{2}$kJ/mol×0.6mol=27.78kJ，
故答案為：27.78；
②0～1小時內(nèi)生成了0.2mol氨氣，根據(jù)反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），消耗了氮氣的物質(zhì)的量為：n（N₂）=$\frac{1}{2}$n（NH₃）=0.1mol，0～1小時內(nèi)N₂的平均反應速度率為：v（N₂）=$\frac{\frac{0.1mol}{2L}}{1h}$=0.05mol/（L•h），
故答案為：0.05；
③根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，反應在第3和4小時時間段內(nèi)氨氣的物質(zhì)的量不變，說明達到了平衡狀態(tài)，此時生成了1.00mol氨氣，
列出化學平衡的三段式為 N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
     反應開始前（mol）        1.5       4.5              0
           變化量（mol）        0.5       1.5               1
               平衡時（mol）      1          3               1
      平衡時濃度（mol/L） 0.500      1.500        0.5
此溫度下該反應的化學平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0．{5}^{2}}{1．{5}^{3}×0.5}$≈0.15，
故答案為：0.15；
④反應達到平衡后，若往平衡體系中再加入N₂、H₂O、NH₃各1mol，此時各組分的濃度為：
c（N₂）=$\frac{1.00mol+1.00mol}{2L}$=1.00mol/L，c（H₂）=$\frac{3.00mol+1.00mol}{2L}$=2.00mol/L，c（N₂）=$\frac{1.00mol+1.00mol}{2L}$=1.00mol/L，
濃度商為：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{{1}^{2}}{{2}^{3}×1}$=0.125＜k=0.15，所以平衡向著正向移動，
故答案為：正反應．

點評 本題考查了化學平衡狀態(tài)的判斷、反應熱的計算、化學平衡常數(shù)的計算與應用、化學反應速率與化學計量數(shù)的關系等知識，涉及的知識點較多，試題綜合性強，難度較大，有利于培養(yǎng)學生的邏輯思維能力和發(fā)散思維能力，提高學生的應試能力和學習效率．