Question

【題目】氮元素可形成多種化合物，在工業生產中具有重要價值。 請回答下列問題：

（1）已知拆開1mol H－H 鍵，1mol N－H鍵， 1mol N≡N鍵分別需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ，且該反應為可逆反應，則N2與H2反應合成NH3的熱化學方程式為_________。

（2）一定溫度下，將一定量的N2和H2充入固定體積的密閉容器中進行合成氨反應，

①下列描述能說明該可逆反應達到化學平衡狀態的有___________

A.容器內氣體的密度不變 B.c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2

C.容器內的壓強不變 D.3v正(H2) =2v逆(NH3)

E. 容器內氣體的平均相對分子質量不變

F. 相同時間內有3molH-H鍵斷裂，有6mol N-H鍵形成

②恒溫恒壓條件下，為提高合成氨反應中N2和H2的利用率，可以采用的方法有________________。

（3）一定溫度下，2L密閉容器中充入0.40 mol N2O4，發生反應：N2O4(g)2NO2(g)，一段時間后達到平衡，測得數據如下：

時間／s	20	40	60	80	100
c(NO2)/(mol/L)	0.12	0.20	0.26	0.30	0.30

①20s內，v(NO2)=___________，該溫度下反應的化學平衡常數數值為_________。

②升高溫度時，氣體顏色加深，則正反應是_________(填“放熱”或“吸熱”)反應。

③相同溫度下，若開始向該容器中充入0.40 mol NO2，則達到平衡后: c(NO2)_____0.15 mol·L-1(填“>”、 “=”或“<”)

Answer 1

【答案】N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH＝-92 kJ·mol－1CE及時將NH3冷卻液化分離出去，及時將氮氣和氫氣進行循環利用0.006 mol·L-1·s-11.8吸熱＞

【解析】

(1)在反應N2+3H22NH3中，斷裂3molH-H鍵、1molN≡N鍵共吸收的能量為：3×436kJ+946kJ=2254kJ，生成2molNH3時共形成6molN-H鍵，放出的能量為：6×391kJ=2346kJ，吸收的能量少，放出的能量多，該反應為放熱反應，放出的熱量=2346kJ-2254kJ=92kJ，則N2與H2反應生成NH3的熱化學方程式為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92kJmol-1，故答案為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92kJmol-1；

(2)①A．該反應中混合氣體質量、容器容積為定值，則混合氣體的密度始終不變，不能根據混合氣體的密度判斷平衡狀態，故A錯誤；B．c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2，無法判斷各組分的濃度是否繼續變化，則無法判斷平衡狀態，故B錯誤；C．該反應為氣體體積縮小的反應，壓強為變量，當容器內的壓強不變，表明正逆反應速率相等，該反應達到平衡狀態，故C正確；D.反應處于平衡時，2v正(H2)=3v逆(NH3)，故D錯誤；E. 該反應是氣體的物質的量減小的反應，氣體的物質的量為變量，根據=，容器內氣體的平均相對分子質量不變，說明氣體的總物質的量不變，能夠說明達到平衡狀態，故E正確；F．相同時間內有 3molH-H 鍵斷裂，有 6molN-H 鍵形成，表示的都是正反應速率，無法判斷正逆反應速率是否相等，故F錯誤；故答案為：C E；

② 恒溫恒壓條件下，為提高合成氨反應中N2和H2的利用率，須平衡向著正反應方向移動，可以采用的方法有及時將NH3冷卻液化分離出去，及時將氮氣和氫氣進行循環利用等，故答案為：及時將NH3冷卻液化分離出去，及時將氮氣和氫氣進行循環利用；

(3)①20s時NO2的濃度為0.12mol/L，則20s內用二氧化氮表示的平均反應速率v(NO2)==0.006molL-1s-1，起始時c(N2O4)==0.2mol/L，根據表格數據，平衡時c(NO2)=0.3mol/L，則c(N2O4)=0.2mol/L-0.15mol/L=0.05mol/L，化學平衡常數K==1.8，故答案為：0.006 molL-1s-1；1.8；

②升高溫度時，氣體顏色加深，說明升溫后，平衡正向移動，則正反應為吸熱反應，故答案為：吸熱；

③相同溫度下，若開始向該容器中充入0.40 mol NO2，相當于開始向該容器中充入0.20 mol N2O4，由于容器體積不變，則相當于減小壓強，平衡正向移動，因此則達到平衡后: c(NO2)大于原來的一半，即c(NO2)＞0.15 mol·L-1，故答案為：＞。