问题 填空题

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/min51015202530
c(NH3)/mol•L-10.080.140.180.200.200.20
①5min内,消耗H2的平均反应速率为______

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)

答案

(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)=

0.08mol/L
5min
=0.016mol/(L•min),速率之比等于化学计量数之比,故v(H2)=
3
2
v(NH3)=
3
2
×0.016mol/(L•min)=0.024mol/(L•min),故答案为:0.024mol/(L•min);

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

1
2
×0.8mol=0.4mol,所以氮气的转化率为:
0.4mol
2mol
×100%=20%,故答案为:20%;

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)
=
0.22
0.4×13
=1,

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+

8mol
4L
=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=
2.22
2.4×33
<1,故反应向正反应进行,

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.

单项选择题
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