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【題目】工業(yè)合成氨的反應如下:3H2+N22NH3。某溫度下,在容積恒定為2.0 L的密閉容器中充入2.0 mol N22.0 mol H2,一段時間后反應達平衡狀態(tài),實驗數據如下表所示:

t/s

0

50

150

250

350

n(NH3)/mol

0

0.24

0.36

0.40

0.40

(1)050 s內的平均反應速率 v(N2)_______________

(2)250 s時,H2的轉化率為________

(3)已知N≡N的鍵能為946 kJ·mol-1,HH的鍵能為436 kJ·mol-1NH的鍵能為391 kJ·mol-1,則生成1 mol NH3過程中的熱量變化為_______kJ。下圖能正確表示該反應中能量變化的是_____(填字母)。

A B

(4)為加快反應速率,可以采取的措施__________。

a.降低溫度;b.增大壓強;c.恒容時充入He氣;d.恒壓時充入He氣;e.及時分離出NH3

(5)下列可判斷反應已達到平衡狀態(tài)的是__________

A 氣體的平均摩爾質量不變

B N2、H2的反應速率比為1:3

C 混合氣體的密度不變

D 生成1mol N2的同時生成2mol NH3

E N2H2、NH3物質的量之比等于系數比

F 混合氣體的總壓強不再發(fā)生改變

【答案】1.2×10-3 mol·L-1·s-1 30% 46 A b ADF

【解析】

(1)圖表中050s內氨氣的濃度變化為0.24mol,可以計算氨氣的反應速率,再根據速率之比等于化學方程式計量數之比計算氮氣的反應速率;

(2)250s時,氨氣生成的物質的量為0.40mol,則反應的氫氣物質的量=0.6mol,由此計算氫氣的轉化率;

(3)反應焓變H=反應物總鍵能-生成物總鍵能;依據焓變判斷反應圖像的變化;

(4)升高溫度、增大壓強、增大濃度、加入催化劑、增加接觸面積等措施都可以加快反應速率;

(5)根據化學平衡的定義判斷反應是否達到平衡狀態(tài)。

(1)圖表中050s內氨氣的濃度變化為0.24mol,計算氨氣的反應速率v(NH3)==0.0024mol/(Ls)v(NH3)v(N2)=21,v(N2)==1.2×10-3mol/(Ls),故答案為:1.2×10-3mol/(Ls);

(2)250s時,生成氨氣的物質的量為0.40mol,則反應的氫氣的物質的量為0.6mol,轉化率=×100%=30%,故答案為:30%

(3)已知N≡N的鍵能為946kJ/mol,H-H的鍵能為436kJ/molN-H的鍵能為391kJ/mol,N2(g)+3H2(g)2NH3(g),生成1molNH3反應過程中能量變化=×946kJ/moL+×436kJ/mol-3×391kJ/mol=-46kJ/mol,則生成1molNH3過程中的熱量變化位46kJ,反應為放熱反應,反應物能量高于生成物的能量,反應為放熱反應,正確表示該反應中能量變化的是選A,故答案為:46A;

(4)a.降低溫度,反應速率減小,故a錯誤;b.增大壓強,反應速率增大,故b正確;c.恒容時充入He氣,總壓增大,分壓不變,反應速率不變,故c錯誤;d.恒壓時充入He氣,體積增大,壓強減小,反應速率減小,故d錯誤;e.及時分離NH3,氨氣的濃度減小,反應速率減小,故e錯誤;故答案為:b;

(5)A.反應前后氣體質量不變,氣體物質的量減小,根M=可知,平均相對分子質量是變量,混合氣體的平均相對分子質量保持不變,說明達到平衡狀態(tài),故A選;B.根據方程式,N2、H2的反應速率比始終為1:3,N2、H2的反應速率比為1:3不能說明達到平衡狀態(tài),故B不選;C.反應前后氣體質量不變、體積不變,根據ρ=可知,密度是恒量,混合氣體的密度保持不變,不一定達到平衡狀態(tài),故C不選;D.生成1mol N2的同時一定分解2mol NH3,因此生成1mol N2的同時生成2mol NH3,說明正逆反應速率相等,達到平衡狀態(tài),故D選;E. N2、H2NH3物質的量之比等于系數比,不能說明三者的物質的量不變,不能說明達到平衡狀態(tài),故E不選;F. 反應前后氣體物質的量是變量,即反應過程中混合氣體的總壓強為變量,總壓強不再發(fā)生改變,說明達到平衡狀態(tài),故F選;故答案為:ADF。

練習冊系列答案
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