氨是氮循环中的重要物质,氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法.
(1)已知:H-H键能为436kJ•mol-1,N≡N键能为946kJ•mol-1,N-H键能为391kJ•mol-1.写出合成氨反应的热化学方程式:______
(2)恒温下,往一个4L的密闭容器中充人5.2molH2和2molN2,反应过程中对NH3的浓度进行检测,得到的数据如下表所示:
时间/min | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 |
c(NH3)/mol•L-1 | 0.08 | 0.14 | 0.18 | 0.20 | 0.20 | 0.20 |
②N2的平衡转化率______
③此条件下该反应的化学平衡常数K=______.反应达到平衡后,若维持容器体积不变,温度不变,往平衡体系中加入H2、N2和NH3各8mol,化学平衡将向______方向移动(填“正反应”或“逆反应”);化学平衡常数值______(填变大、变小、不变);
④若温度维持不变,只将容器体积由4L变为2L,达新平衡时N2的平衡浓度______0.4mol•L-1(填大于、小于与等于)
(1)反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)的反应热△H=946kJ•mol-1+3×436kJ•mol-1-2×3×391kJ•mol-1=-92kJ•mol-1,故热化学方程式为:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H=-92kJ•mol-1,
故答案为:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H=-92kJ•mol-1;
(2)①由表中水解可知,5min内,氨气的浓度变化为0.08mol/L,故v(NH3)=
=0.016mol/(L•min),速率之比等于化学计量数之比,故v(H2)=0.08mol/L 5min
v(NH3)=3 2
×0.016mol/(L•min)=0.024mol/(L•min),故答案为:0.024mol/(L•min);3 2
②由表中数据可知,20min达平衡,平衡时NH3的浓度为0.20mol/L,生成的氨气的物质的量为0.20mol/L×4L=0.8mol,由方程式N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)可知,参加反应的氮气的物质的量为
×0.8mol=0.4mol,所以氮气的转化率为:1 2
×100%=20%,故答案为:20%;0.4mol 2mol
③由表中数据可知,20min达平衡,平衡时NH3的浓度为0.20mol/L,则:
N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)
开始(mol/L):0.5 1.3 0
变化(mol/L):0.1 0.3 0.2
平衡(mol/L):0.4 1 0.2
故平衡常数k=
=c2(NH3) c(N2)•c3(H2)
=1,0.22 0.4×13
反应达到平衡后,若维持容器体积不变,温度不变,往平衡体系中加入H2、N2和NH3各8mol,则此时各物质的浓度为:
H2为1mol/L+
=3mol/L,N2为0.4mol/L+8mol 4L
=2.4mol/L,NH3为0.2mol/L+8mol 4L
=2.2mol/L,故浓度商Qc=8mol 4L
<1,故反应向正反应进行,2.22 2.4×33
平衡常数只受温度影响,温度不变平衡常数不变,
故答案为:1;正反应;不变;
④只将容器体积由4L变为2L,若平衡不移动氮气的浓度为原来2倍为0.8mol/L,但体积减小压强增大,平衡向正反应移动,故氮气的平衡浓度小于原平衡浓度的2倍,大于原平衡的浓度,即0.4mol/L<c(N2)<0.8mol/L,故答案为:大于.