问题 问答题

工业合成氨反应:N2+3H2

 2NH3,在一定条件下已达到平衡状态.

(1)若降低温度,会使上述平衡向生成氨的方向移动,生成每摩尔氨的反应热数值是46.2KJ/mol,则该反应的热化学方程式为______.

(2)若在恒温条件下,将N2与H2按一定比例混合的气体通入一个容积为2升固定容积的密闭容器中,5分钟后反应达平衡时,n(N2)=1.2mol,n(H2)=1.2mol,n (NH3)=0.8mol,则反应速率V(N2)=______mol•L-1•min-1,H2的转化率=______,平衡常数=______.若保持容器的温度和容积不变,将上述平衡体系中的混合气体的浓度增大1倍,则平衡______(填向左﹑向右或不移动)移动.

(3)若在恒温恒压条件下,将1molN2与3molH2的混合气体通入一个容积可变的容器中发生反应,达平衡后,生成a molNH3,这时N2的物质的量为______mol,(用含a的代数式表示);若开始时只通入N2与H2,达平衡时生成3amolNH3,则开始时应通入N23mol,H2=______mol(平衡时NH3 的质量分数与前者相同);若开始时通入x molN2﹑6molH2 和2mol NH3,达平衡后,N2和NH3的物质的量分别为y mol和3a mol,则x=______mol,y=______mol(用含a的代数式表示)

答案

(1)因降低温度,平衡向生成氨的方向移动,则正反应为放热反应,生成2molNH3的△H=-46.2KJ/mol×2=-92.4KJ/mol,则热化学方程式为N2(g)+3H2(g)

 2NH3(g)△H=-92.4KJ/mol,

故答案为:N2(g)+3H2(g)

 2NH3(g)△H=-92.4KJ/mol;

(2)5分钟后反应达平衡时,n(N2)=1.2mol,n(H2)=1.2mol,n (NH3)=0.8mol,

设参加反应的氮气的物质的量为x,则参加反应的氢气的物质的量为3x,则

N2+3H2

 2NH3

1  3            2

x  3x           0.8mol

1
x
=
2
0.8mol
,x=0.4mol,

反应速率V(N2)=

0.4mol
2L
5min
=0.04mol/L.mim,

氢气的转化率为

3×0.4mol
3×0.4mol+1.2mol
×100%=50%,

平衡时的浓度分别为c(N2)=0.6mol/L、c(H2)=0.6mol/L,c (NH3)=0.4mol/L,

则平衡常数K=

(0.4mol/L)2
0.6mol/L×(0.6mol/L)3
=1.23(mol/L)-2

上述平衡体系中的混合气体的浓度增大1倍,相当于缩小体积,则压强增大,化学平衡正向移动,即向右移动,

故答案为:0.04;50%;1.23(mol/L)-2;向右;

(3)设生成amolmolNH3转化的N2的物质的量为y,则

N2+3H2

 2NH3

1               2

x               amol

1
x
=
2
amol
,x=
a
2
mol,

则平衡时氮气的物质的量为1mol-

a
2
mol=
2-a
2
mol,

又在恒温恒压条件1molN2与3molH2的混合气体通入一个容积可变的容器中发生反应,达平衡后,生成a molNH3

则只通入N2与H2,达平衡时生成3amolNH3,则开始时应通入N23mol,且平衡时NH3 的质量分数与前者相同,

及极限转化后起始的量与原起始量成正比,故H2的物质的量为3mol×3=9mol,

若开始时通入x molN2﹑6molH2和2molNH3,将2molNH3极限转化为反应物,则相当于开始加入(x+1)molN2﹑(6+3)molH2

达平衡后,NH3的物质的量3amol,

则(x+1)mol:(6+3)mol=1:3,解得x=2mol,

由恒温恒压条件,两种情况中起始的反应物的物质的量成正比,则平衡时各物质的含量成正比,

则1molN2与3molH2的混合气体通入发生反应时平衡时氮气的物质的量为

2-a
2
mol,

故开始时通入2molN2﹑6molH2和2molNH3的混合气体通入发生反应时平衡时氮气的物质的量为

2-a
2
mol×3=
6-3a
2
mol,

故答案为:

2-a
2
;9;2;
6-3a
2

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