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【題目】在恒溫、體積為2.0L的密閉容器中通入1.0mol N21.0mol H2發(fā)生合成氨反應,20min后達到平衡,測得反應放出的熱量為18.4kJ,混合氣體的總物質的量為1.6mol,請回答下列問題:

1)從開始反應至達到平衡時,用NH3表示該反應的化學反應速率ν(NH3)=____。

2)平衡時,N2的轉化率為____,NH3的體積分數為____,平衡時體系的壓強為起始時壓強的____倍。

3)該反應的熱化學方程式為____。

4)若拆開1mol H-H鍵和1mol NN鍵需要的能量分別是436kJ946kJ,則拆開1mol N-H鍵需要的能量是____kJ。

5)判斷該反應達到平衡狀態(tài)的依據是____(填序號)

①單位時間內消耗1mol N2的同時消耗了3mol H2;

②單位時間內斷裂1mol N≡N的同時斷裂了6mol N–H;

ν(N2)= ν(NH3);

NH3的物質的量分數不再隨時間而變化;

⑤容器內氣體的壓強不再隨時間而變化的狀態(tài);

⑥容器內氣體的密度不再隨時間而變化的狀態(tài);

c(N2)c(H2)c(NH3)=132。

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

【解析】

1)設反應消耗氮氣的量為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后達到平衡,混合氣體的總物質的量為1.6mol,所以1-x+1-3x+2x=1.6,解之得x=0.2mol;根據v=c/t計算出v(NH3);根據α=變化量/起始量×100%計算出N2的轉化率;同一條件下,氣體的體積之比和氣體的物質的量成正比,計算出氨氣的體積分數;同一條件下,氣體的壓強之比和氣體的物質的量成正比,據此計算出平衡時體系的壓強與起始時壓強之比;根據H=反應物斷鍵吸收能量-生成物成鍵放出的熱量,計算出拆開1mol N-H鍵需要的能量;

2)根據平衡狀態(tài)判斷標準:v=v,各物質的濃度保持不變及由此衍生出的物理量進行分析判斷。

1)在恒溫、體積為2.0L的密閉容器中發(fā)生合成氨的反應,設反應消耗氮氣的量為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后達到平衡,混合氣體的總物質的量為1.6mol,所以1-x+1-3x+2x=1.6,解之得x=0.2molc(NH3)=0.4mol/2L=0.2mol/L;v(NH3)= 0.2mol/L/20min=0.01mol/(Lmin);

2)根據(1)分析可知,平衡時,N2的轉化率為0.2mol/1mol×100%=20%;同一條件下,氣體的壓強之比和氣體的物質的量成正比,所以平衡時氣體的總量為1.6mol同一條件下,氣體的體積之比和氣體的物質的量成正比,所以平衡時氨氣的體積分數為0.4mol/1.6mol×100%=25%;起始時氣體的總量為2mol,平衡時體系的壓強為起始時壓強的1.6mol/2mol=0.8倍;

3)根據(1)分子可知,當有0.2mol氮氣參加反應,反應放出的熱量為18.4kJ,所以當1mol氮氣參加反應,放出的熱量為92kJ;所以該反應的熱化學方程式為:N2(g)+3H2 (g) 2NH3(g) H= -92kJ /mol

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

5)①單位時間內消耗1mol N2的同時消耗了3mol H2,均表示正反應速率,反應始終按該比例關系進行,不能判斷反應達到平衡狀態(tài),故錯誤;

②單位時間內斷裂1molN≡N鍵的同時,斷裂了6molN–H鍵,體現了2vN2=vNH3),可以判定反應達到平衡狀態(tài),故正確;

ν(N2)= ν(NH3),不滿足速率之比和系數成正比的關系,不能判定反應達到平衡狀態(tài),故錯誤;

NH3的物質的量分數不再隨時間而變化,即ν(NH3)= ν(NH3),可以判定反應達到平衡狀態(tài),故正確;

⑤條件一定時,氣體的壓強和氣體的物質的量成正比;隨反應進行混合氣體總物質的量減小,恒溫恒容下混合氣體的壓強隨著反應的進行,壓強在變小,而壓強不再改變時,反應達平衡狀態(tài),故正確;

⑥混合氣體總質量不變,容器容積不變,根據ρ=m/V可知,混合氣體的密度不始終不變,不能判定反應達到平衡狀態(tài),故錯誤;

⑦用N2、H2NH3表示的反應速率數值之比為132,反應開始即按該比例關系進行,不能判定反應達到平衡狀態(tài),故錯誤;

故答案選②④⑤。

練習冊系列答案
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