Question

1．工业上合成氨的化学反应：
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol、△S=-98.3J/（mol•K）．
在容积为10L的密闭容器中，通入40mol N₂和120mol H₂在一定条件下进行反应，4s后达到平衡状态，此时N₂的浓度为2mol/L．通过计算回答下列问题：
（1）在温度为227℃时，该反应能（选填“能”或“不能”）自发进行．反应进行到平衡状态时△H-T△S=0．
（2）用H₂表示的4s内化学反应的平均速率是0.15mol/（L•s）．
（3）在该条件下N₂的最大转化率是50%；此时混合气体中NH₃的体积分数是33%．
（4）若将容器的容积改为5L，通入20mol N₂和60mol H₂在相同条件下进行反应，达到平衡所需的时间为等于4s（选填“小于”、“大于”、“等于”、“无法确定”）．

Answer 1

分析 （1）△G=△H-T△S＜0时，反应能够自发进行，据此分析；
（2）根据n=cV计算出达到平衡时氮气的物质的量，据v=$\frac{△c}{△t}$求反应速率；
（3）分别计算出氮气的转化率、混合气体中氨气的体积分数；
（4）体积减半、投料的量减半，各组分的浓度不变．

解答 解：（1）△G=△H-T△S=-92.4×1000J/mol-[-98.3J/（mol•K）]×500K=-43250kJ/mol＜0，所以该反应能够自发进行；△H-T△S=0时反应达到平衡状态，
故答案为：能；0；
（2）达到平衡时N₂的浓度为0.2mol/L，平衡时氮气的物质的量为：n（N₂）=0.2mol/L×10L=2mol，达到平衡时消耗氮气的物质的量为：4mol-2mol=2mol，
                            N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△n
                             1       3        2       2
   起始量（物质的量）         4       12       0
   转化量（物质的量）         2       6         4       4
   平衡量（物质的量）         2       6         4       4
v（N₂）=$\frac{\frac{2mol}{10L}}{4s}$=0.05mol/（L•s），v（H₂）=0.15mol/（L•s），故答案为：0.15mol/（L•s）；
（3）n（NH₃）=4mol，该条件下N₂的最大转化率为：$\frac{2mol}{4mol}$×100%=50%，此时混合气体中NH₃的体积分数是：$\frac{4mol}{2mol+6mol+4mol}$×100%=33%；
故答案为：50%；33%；
（4）若将容器的容积改为5L，通入20mol N₂和60mol H₂在相同条件下进行反应，此时和原来一样，各组分的浓度不变等于，所以反应速率不变，故答案为：等于．

点评 本题考查了化学反应速率、化学平衡的影响因素、化学平衡的计算等知识，题目难度中等，注意掌握影响化学反应速率、化学平衡的因素，试题充分考查了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．