Question

7．氨对地球上的生物相当重要，它是许多食物和肥料的重要成分．氨也是制造硝酸、化肥、炸药  的重要原料．氨在国民经济中占有重要地位．回答下列问题：
（1）合成氨工业中，合成塔中每产生2mol NH₃，放出92.2kJ热量．
①工业合成氨的热化学方程式是N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol．
②若起始时向容器内放入1mol N₂和3mol H₂，达平衡后N₂的转化率为20%，则反应放出的热量为Q₁ kJ，则Q₁的数值为18.44；若在同体积的容器中充人2mol N₂和6molH₂，达平衡后放出的热量为Q₂ kJ，则Q₂＞（填“＞”、“＜”或“=”）2Q₁．
③已知：

1mol N-H键断裂吸收的能量约等于391kJ．
（2）在0.5L的密闭容器中，一定量的氮气和氢气进行合成氨反应：N₂ （g）+3H₂（g）?2NH₃ （g），其平衡常数K与温度T的关系如表：

t/℃	200	300	400
K	K1	K2	0.5

①平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，K₁＞（填“＞”、“＜”或“一”）K₂．
②一定温度下，下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据是bc（填字母）．
a．容器内N₂、H₂、NH₃的浓度之比为1：3：2
b．浓度商Q=平衡常数K
c．容器内压强保持不变
d．混合气体的密度保持不变
③在400℃时，当测得N₂、H₂和NH₃的物质的量分别为2mol、1mol、2mol时，则此时该反应处于（填“处于”或“不处于”）平衡状态．

Answer 1

分析 （1）①依据热化学方程式的书写方法分析书写；
②依据化学平衡计算生成氨气物质的量，结合热化学方程式计算Q₁，若在同体积的容器中充入2mol N₂和6molH₂，可以看作在原来平衡中加入1mol氮气和3mol氢气，相当于增大压强，平衡正向进行计算分析达平衡后放出的热量为Q₂kJ；
③依据反应焓变=反应物断裂化学键吸收的能量-生成物形成化学键放出的能量计算得到N-H键断裂吸收的能量；
（2）①对于放热反应，温度越高，平衡逆向移动，反应平衡常数越小；
②平衡状态的判断依据是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变；
③根据浓度熵和平衡常数的关系来确定平衡的移动方向．

解答 解：（1）①合成塔中每每消耗3mol H₂，放出92.2kJ热量，依据热化学方程式写出，标注物质聚集状态和对应反应放出的热量写出热化学方程式为：N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol；
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.2kJ/mol；
②如图是N₂和H₂反应生成2mol NH₃过程中能量变化示意图，反应焓变△H=335KJ/mol-427.2KJ/mol=-92.2KJ/mol，
N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92.2KJ/mol
  1           3             0
  0.2      0.6         0.4
生成0.4mol氨气放热=$\frac{0.4mol}{2mol}$×92，2KJ=18.44KJ；
若在同体积的容器中充入2mol N₂和6mol H₂，可以看作在原来平衡中加入1mol氮气和3mol氢气，相当于增大压强，平衡正向进行达平衡后放出的热量Q₂ 大于2Q₁；
故答案为：18.44；＞；
③合成氨工业中：3H₂+N₂?2NH₃，反应焓变=反应物断裂化学键吸收的能量-生成物形成化学键放出的能量=3×436+945.8-6×N-H键键能=-92.2，N-H键键能=391kJ，
故答案为：391；
（2）①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，平衡常数K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，该反应正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，生成物浓度减小，反应物浓度增大，所以K₁＞K₂，
故答案为：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；＞；
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，反应是气体体积减小的放热反应，则
a、容器内各物质的浓度之比等于计量数之比，不能证明正逆反应速率相等，故a错误；
b、浓度商Q=平衡常数K，说明反应达到平衡状态，故b正确；
c、容器内压强不变，气体的物质的量不变，该反应达平衡状态，故c正确；
d、如果是在密闭容器中反应，质量不变，体积不变，密度始终不变，故d错误；
故答案为：bc；
③在400℃时，当测得N₂、H₂和NH₃的物质的量分别为2mol、1mol、2mol时，容器的体积为0.5L，N₂、H₂和NH₃的物质的量浓度分别为4mol、2mol、4mol时，400℃时，浓度商Q_c=$\frac{{4}^{2}}{4×{2}^{3}}$=0.5=K，因此有v（N₂）_正=v（N₂）_逆，反应达到平衡状态，
故答案为：处于．

点评 本题考查反应热的计算、化学平衡常数及影响因素、意义，反应速率计算等，题目难度中等，注意化学平衡常数大小说明反应进行程度，与反应难易无关、与反应速率无关．