氨是氮循环过程中的重要物质,氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法.
合成氨反应:N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)△H
(1)若该反应在一定条件下能自发,则该反应的△H______0、△S______0(填“<”、“>”或“=”).
(2)在恒容容器中,下列描述中能说明上述反应已达平衡的是______.
A.3v(H2)正=2v(NH3)逆 B.单位时间内生成n mol N2的同时生成2n molNH3
C.混合气体的密度不再改变 D.容器内压强不随时间的变化而变化
(3)一定温度下,向2L密闭容器中充入1molN2和3molH2,保持体积不变,0.5min后达到平衡,测得容器中有0.4mol NH3,则平均反应速率v(N2)=______,该温度下的平衡常数K=______.若升高温度,K值变化______(填“增大”、“减小”或“不变”).
(4)为了寻找合成NH3的温度和压强的适宜条件,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验设计表中.请在下表的①②处填入合适的实验条件数据.
实验编号 | T(℃) | n (N2)/n(H2) | P(MPa) | 平衡时NH3百分含量 |
ⅰ | 450 | 1/3 | 1 | |
ⅱ | ① | 1/3 | ② | |
ⅲ | 480 | 1/3 | 10 |
(1)一般来说,化合反应的焓变小于0,气体体积减小的反应△S<0,该反应是气体体积减小的化合反应,所以△H<0,△S<0,故答案为:<0,<;
(2)A.该反应达到平衡状态时,2v(H2)正=3v(NH3)逆,故A错误;
B.该反应达到平衡状态时,单位时间内生成n mol N2的同时生成2n molNH3,故B正确;
C.无论该反应是否达到平衡状态,混合气体的密度始终不变,所以不能判断该反应是否达到平衡状态,故C错误;
D.该反应是一个反应前后气体体积减小的可逆反应,当反应达到平衡状态时,容器内压强不随时间的变化而变化,所以能判断反应是否达到平衡状态,故D正确;
故选BD;
(3)反应达到平衡时,容器中有0.4mol NH3,则反应掉的n(N2)=
n(NH3)=0.2mol,v(N2)=1 2
=△C △t
=0.2mol/(L.min);0.2mol 2L 0.5min
平衡时,c(NH3)=
=0.2mol/L,c(N2)=0.4mol 2L
mol/L=0.4mol/L,c(H2)=1-0.2 2L
mol/L=1.2mol/L,3-0.2×3 2
K=
=0.058;(0.2mol/L)2 0.4mol/L×(1.2mol/L)3
该反应的正反应是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,则生成物浓度减小,反应物浓度增大,所以K减小,
故答案为:0.2mol/(L•min)、0.058、减小;
(4)①为了寻找合成NH3的温度和压强的适宜条件,所以可以以i为参照物,对实验ii、iii进行改变的条件是温度或压强,如果温度和i相同,则压强和iii相同,如果温度和iii相同,则压强和ii相同,
故答案为:①450(或480)、②10(或1).