Question

15．氨是最重要的化工產品之一．
（1）合成氨工業中，合成塔中每消耗3mol H₂，放出92.2kJ熱量．
①工業合成氨的熱化學方程式是N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol．
②若起始時向容器內放入1mol N₂和3mol H₂，達平衡后N₂的轉化率為20%，則反應放出的熱量為Q₁ kJ，則Q₁的數值為18.44；若在同體積的容器中充入2mol N₂和6mol H₂，達平衡后放出的熱量為Q₂ kJ，則Q₂＞ 2Q₁（填“＞”、“＜”或“=”）
③已知：1mol N-H鍵斷裂吸收的能量約等于391_kJ．
（2）在0.5L的密閉容器中，一定量的氮氣和氫氣進行合成氨反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）其化學平衡常數K與溫度t的關系如下表：

t/℃	200	300	400
K	K1	K2	0.5

請完成下列問題．
①試比較K₁．K₂的大小，K₁＞ K₂（填寫“＞”．“=”或“＜”）．
②下列各項能作為判斷該反應達到化學平衡狀態的依據是c（填序號字母）：
a．容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2     b．v（N₂）_正=3v（H₂）_逆
c．容器內壓強保持不變                         d．混合氣體的密度保持不變
③在400℃時，當測得N₂、H₂和NH₃的物質的量分別為2mol、1mol、2mol時，則此時該反應的v（N₂）_正=v（N₂）_逆（填寫“＞”．“=”或“＜”）

Answer 1

分析 （1）①依據熱化學方程式的書寫方法分析書寫；
②依據化學平衡計算生成氨氣物質的量，結合熱化學方程式計算Q₁，若在同體積的容器中充入2mol N₂和6molH₂，可以看作在原來平衡中加入1mol氮氣和3mol氫氣，相當于增大壓強，平衡正向進行計算分析達平衡后放出的熱量為Q₂kJ；
③依據反應焓變=反應物斷裂化學鍵吸收的能量-生成物形成化學鍵放出的能量計算得到N-H鍵斷裂吸收的能量；
（2）①對于放熱反應，溫度越高，平衡逆向移動，反應平衡常數越小；
②根據平衡狀態的判斷依據判斷；
③化學平衡常數，正反應平衡常數和你反應的平衡常數互為倒數，根據濃度熵和平衡常數的關系來確定平衡的移動方向．

解答 解：（1）①合成塔中每每消耗3mol H₂，放出92.2kJ熱量，依據熱化學方程式寫出，標注物質聚集狀態和對應反應放出的熱量寫出熱化學方程式為：N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol；
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol；
②如圖是N₂和H₂反應生成2mol NH₃過程中能量變化示意圖，反應焓變△H=335KJ/mol-427.2KJ/mol=-92.2KJ/mol，
N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.2KJ/mol
1       3       0
0.2    0.6    0.4
生成0.4mol氨氣放熱=$\frac{0.4mol}{2mol}$×92，2KJ=18.44KJ；
若在同體積的容器中充入2mol N₂和6mol H₂，可以看作在原來平衡中加入1mol氮氣和3mol氫氣，相當于增大壓強，平衡正向進行達平衡后放出的熱量Q₂ 大于2Q1；
故答案為：18.44；＞；
③合成氨工業中：3H₂+N₂?2NH₃，反應焓變=反應物斷裂化學鍵吸收的能量-生成物形成化學鍵放出的能量=3×436+945.8-6×N-H鍵鍵能=-92.2，N-H鍵鍵能=391kJ，故答案為：391；
（2）①該反應正反應是放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，生成物濃度減小，反應物濃度增大，所以K₁＞K₂，故答案為：＞；
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，反應是氣體體積減小的放熱反應，則
a、容器內各物質的濃度之比等于計量數之比，不能證明正逆反應速率相等，故a錯誤；
b、不同物質的正逆反應速率之比等于其計量數之比是平衡狀態，3υ（N₂）（正）=υ（H₂）（逆）是平衡狀態，故b錯誤；
c、容器內壓強不變，氣體的物質的量不變，該反應達平衡狀態，故c正確；
d、如果是在密閉容器中反應，質量不變，體積不變，密度始終不變，故d錯誤；
故答案為：c；
③400℃時，反應2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的化學平衡常數K的值和反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常數呈倒數，所以K=$\frac{1}{0.5}$=2；
容器的體積為0.5L，N₂、H₂和NH₃的物質的量分別為2mol、1mol、2mol時，400℃時，濃度商Q_c=$\frac{{4}^{2}}{4×{2}^{3}}$=0.5＜2，因此有v（N₂）_正＞v（N₂）_逆；
故答案為：＞．

點評 本題考查反應熱的計算、化學平衡常數及影響因素、意義，反應速率計算等，題目難度中等，注意化學平衡常數大小說明反應進行程度，與反應難易無關、與反應速率無關．