Question

13．在500℃、2×10⁷ Pa和催化劑條件下合成氨工業(yè)的核心反應是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=Q kJ•mol^-1．反應過程中能量變化如圖所示，回答下列問題：
（1）在500℃、2×10⁷Pa和催化劑條件下向一密閉容器中充入0.5mol N₂和1.5mol H₂，充分反應后，放出的熱量＜（填“＜”“＞”或“=”）46.2kJ，理由是此反應為可逆反應，0.5 mol N₂和1.5 mol H₂不可能完全反應．
（2）將一定量的H₂（g）和N₂（g）放入1L密閉容器中，在500℃、2×10⁷ Pa下達到平衡，測得N₂為0.10mol，H₂為0.30mol，NH₃為0.10mol．則該條件下達到平衡時H₂的轉化率為33.3%．該溫度下的平衡常數K的值為$\frac{100}{27}$．若升高溫度，K值減�。ㄌ睢霸龃蟆薄皽p小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）此反應為可逆反應，0.5 mol N₂和1.5 mol H₂不可能完全反應；
（2）將一定量的H₂（g）和N₂（g）放入1L密閉容器中，在500℃、2×10⁷ Pa下達到平衡，測得N₂為0.10mol，H₂為0.30mol，NH₃為0.10mol，則：
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：0.15   0.45      0
變化量（mol）：0.05   0.15     0.1
平衡量（mol）：0.1    0.3      0.1
氫氣轉化率=$\frac{反應的氫氣物質的量}{氫氣起始物質的量}$×100%；
平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
正反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減�。�

解答 解：（1）由圖可知，1mol N₂和3mol H₂完全反應放出熱量為92.4kJ，此反應為可逆反應，0.5 mol N₂和1.5 mol H₂不可能完全反應，充分反應后，放出的熱量＜46.2kJ，
故答案為：＜；此反應為可逆反應，0.5 mol N₂和1.5 mol H₂不可能完全反應；
（2）將一定量的H₂（g）和N₂（g）放入1L密閉容器中，在500℃、2×10⁷ Pa下達到平衡，測得N₂為0.10mol，H₂為0.30mol，NH₃為0.10mol，則：
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：0.15   0.45      0
變化量（mol）：0.05   0.15      0.1
平衡量（mol）：0.1    0.3       0.1
氫氣轉化率=$\frac{0.15mol}{0.45mol}$×100%=33.3%；
平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0．{1}^{2}}{0.1×0．{3}^{3}}$=$\frac{100}{27}$；
正反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數減小，
故答案為：33.3%；$\frac{100}{27}$；減�。�

點評 本題考查化學平衡計算、平衡常數，注意三段式在化學平衡計算中應用，難度不大．