Question

【題目】在恒溫(500K)、體積為2.0L 的密閉容器中通入1.0 mol N2和1 mol H2發生合成氨反應，20 min 后達到平衡，測得反應放出的熱量為 18.4 kJ，混合氣體的總物質的量為 1.6 mol。

（1）從開始反應至達到平衡時，用NH3表示該反應的化學反應速率V(NH3)=__________。

（2）該反應的熱化學方程式為_____________________________________________。

（3）若拆開1 mol H—H鍵和1 mol NN 鍵需要的能量分別是436 kJ和946 kJ，則拆開1 mol N—H鍵需要的能量是__________kJ。

（4）判斷該反應達到平衡狀態的依據是____________(填序號)。

①單位時間內消耗1mol N2 的同時消耗了3mol H2 ；

②單位時間內斷裂1mol N≡N 的同時斷裂了6mol N–H；

③V正(N2)=V逆(NH3);

④NH3的物質的量分數不再隨時間而變化

⑤容器內氣體的壓強不再隨時間而變化的狀態 ;

⑥容器內氣體的密度不再隨時間而變化的狀態；

⑦c(N2):c(H2):c(NH3)=1:3:2 ;

Answer 1

【答案】0.01 molL1min1 N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H=92.4 kJ/mol 391 ②④⑤

【解析】

在恒溫，體積為2L的密閉容器中通入1molN2和1molH2，20min后達到平衡，測得反應放出的熱量為 18.4 kJ，混合氣體的物質的量為1.6mol；

設消耗的氮氣為n mol，則：

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始量(mol)：1 1 0

變化量(mol)：n 3n 2n

平衡量(mol)：1-n 1-3n 2n

所以：1-n+1-3n+2n=1.6，解得n=0.2，1mol氮氣反應放出的熱量為18.4kJ×=92kJ，

(1)V(NH3)=；

(2)計算1mol氮氣反應放出的熱量，注明物質的聚集狀態與反應熱書寫熱化學方程式；

(3)反應熱△H=反應物的鍵能和-生成物的鍵能和；

(4)可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些物理量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡。

在恒溫，體積為2L的密閉容器中通入1molN2和1molH2，20min后達到平衡，，測得反應放出的熱量為 18.4 kJ，混合氣體的物質的量為1.6mol；

設消耗的氮氣為n mol，則：

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

起始量(mol)：1 1 0

變化量(mol)：n 3n 2n

平衡量(mol)：1-n 1-3n 2n

所以：1-n+1-3n+2n=1.6，解得n=0.2，1mol氮氣反應放出的熱量為18.4kJ×=92kJ，

(1)從開始反應至達到平衡時，用NH3表示該反應的化學反應速率V(NH3)=== 0.01 molL1min1；

(2)1mol氮氣反應放出的熱量為18.4kJ×=92kJ，則發生反應的熱化學方程式為熱化學方程式為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92kJ/mol；

(3)設拆開1 mol N—H鍵需要的能量是QkJ，則反應熱△H=反應物的鍵能和-生成物的鍵能和=(946kJ/mol)+(436 kJ/mol)×3-(Q kJ/mol)×6=-92kJ/mol，解得：Q=391；

(4)①單位時間內消耗1molN2 的同時消耗了3molH2，均表示正反應，無法判斷反應是平衡狀態，故①錯誤；

②單位時間內斷裂1molN≡N的同時斷裂了6molN–H，說明正逆反應速率相等，此時反應達到平衡狀態，故②正確；

③當2V正(N2)=V逆(NH3)時反應才達到平衡狀態，則V正(N2)=V逆(NH3)時反應不是平衡狀態，故③錯誤；

④NH3的物質的量分數不再隨時間而變化，說明反應達到平衡狀態，故④正確；

⑤在恒溫恒容條件下，容器內氣體的壓強不再隨時間而變化的狀態，說明混合氣體的總物質的量不再改變，此時是平衡狀態，故⑤正確；

⑥容器內氣體的總質量不變，氣體體積也不變，則密度一直不變，無法確定是平衡狀態，故⑥錯誤；

⑦c(N2):c(H2):c(NH3)=1:3:2無法說明各組分的濃度保持不變，不能確定反應達到平衡狀態，故⑦錯誤；

故答案為②④⑤。