Question

(12分)150 ℃時，向如圖所示的容器(密封的隔板可自由滑動，整個過程中保持隔板上部壓強不變)中加入4 L N₂和H₂的混合氣體，在催化劑作用下充分反應(催化劑體積忽略不計)，反應后恢復到原溫度。平衡后容器體積變為3.4 L，容器內氣體對相同條件的氫氣的相對密度為5。

(1)反應前混合氣體中V(N₂)?：V(H₂)＝____________；反應達平衡后V(NH₃)＝____________L；該反應中N₂轉化率為____________。
(2)向平衡后的容器中充入0．2 mol的NH₃，一段時間后反應再次達到平衡，恢復到150 ℃時測得此過程中從外界吸收了6．44 kJ的熱量。
①充入NH₃時，混合氣體的密度將____________，在達到平衡的過程中，混合氣體的密度將____________(填“增大”、“減小”或“不變”)。反應重新達平衡的混合氣體對氫氣的相對密度將____________5(填“＞”、“＜”或“＝”)。
②下列哪些實驗現象或數據能說明反應重新到達了平衡____________。

A．容器不再與外界發生熱交換

B．混合氣體的平均相對分子質量保持不變

C．當V(N2)?：V(H2)：?V(NH3)＝1：?3?：2時

D．當容器的體積不再發生變化時

③寫出該反應的熱化學方程式：__________________________________。

Answer 1

(1)1︰3　0．6　30%      (2)①增大　減小　＝　②A、B、D
③N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)　ΔH＝－92 kJ·mol^－1

（1）設反應前混合氣體中氮氣的體積是x，則氫氣是4－x。平衡后，氣體體積減少了0.6L，所以根據反應式N₂＋3H₂2NH₃可知，參加反應的氮氣是0.3L，氫氣是0.9L，生成氨氣是0.6L。所以平衡時氮氣是x－0.3，氫氣是3.1－x。又因為容器內氣體對相同條件的氫氣的相對密度為5，所以有，解得x＝1L
所以氮氣和氫氣的體積之比是1︰3；反應中氮氣的轉化率是0.3÷1＝0.3，即30％。
（2）①氨氣的相對分子質量是17，所以混合氣的平均相對分子質量增大，所以密度增大。氮氣和氫氣的體積是1︰3時，混合氣的平均相對分子質量是，由于反應向逆反應方向進行，因此混合氣的平均相對分子質量是減小，則密度也是減小的。但由于反應是壓強不變的，因此平衡是等效的，即反應重新達平衡的混合氣體對氫氣的相對密度等于5。
②在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發生變化的狀態，稱為化學平衡狀態。所以A、B、D都是可以說明的。平衡時濃度不再發生變化，但物質之間的濃度不一定相等或滿足某種關系，所以選項C不正確，答案選ABD。
③由于平衡是等效的，所以氨氣的轉化率是70％，則消耗氨氣是0.14mol，所以該反應的反應熱是6.44kJ÷0.07molkJ·mol^－1，所以該反應的熱化學方程式是N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)　ΔH＝－92 kJ·mol^－1。