Question

【题目】工业合成氨的反应如下：3H2+N22NH3。某温度下，在容积恒定为2.0 L的密闭容器中充入2.0 mol N2和2.0 mol H2，一段时间后反应达平衡状态，实验数据如下表所示：

t/s	0	50	150	250	350
n(NH3)/mol	0	0.24	0.36	0.40	0.40

(1)0～50 s内的平均反应速率 v(N2)＝_______________。

(2)250 s时，H2的转化率为________。

(3)已知N≡N的键能为946 kJ·mol-1，H－H的键能为436 kJ·mol-1，N－H的键能为391 kJ·mol-1，则生成1 mol NH3过程中的热量变化为_______kJ。下图能正确表示该反应中能量变化的是_____(填字母)。

A． B．

(4)为加快反应速率，可以采取的措施__________。

a．降低温度；b．增大压强；c．恒容时充入He气；d．恒压时充入He气；e．及时分离出NH3

(5)下列可判断反应已达到平衡状态的是__________。

A 气体的平均摩尔质量不变

B N2、H2的反应速率比为1:3

C 混合气体的密度不变

D 生成1mol N2的同时生成2mol NH3

E N2、H2、NH3物质的量之比等于系数比

F 混合气体的总压强不再发生改变

Answer 1

【答案】1.2×10-3 mol·L-1·s-1 30% 46 A b ADF

【解析】

(1)图表中0～50s内氨气的浓度变化为0.24mol，可以计算氨气的反应速率，再根据速率之比等于化学方程式计量数之比计算氮气的反应速率；

(2)250s时，氨气生成的物质的量为0.40mol，则反应的氢气物质的量=0.6mol，由此计算氢气的转化率；

(3)反应焓变△H=反应物总键能-生成物总键能；依据焓变判断反应图像的变化；

(4)升高温度、增大压强、增大浓度、加入催化剂、增加接触面积等措施都可以加快反应速率；

(5)根据化学平衡的定义判断反应是否达到平衡状态。

(1)图表中0～50s内氨气的浓度变化为0.24mol，计算氨气的反应速率v(NH3)==0.0024mol/(Ls)，v(NH3)∶v(N2)=2∶1，v(N2)==1.2×10-3mol/(Ls)，故答案为：1.2×10-3mol/(Ls)；

(2)250s时，生成氨气的物质的量为0.40mol，则反应的氢气的物质的量为0.6mol，转化率=×100%=30%，故答案为：30%；

(3)已知N≡N的键能为946kJ/mol，H-H的键能为436kJ/mol，N-H的键能为391kJ/mol，N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，生成1molNH3反应过程中能量变化=×946kJ/moL+×436kJ/mol-3×391kJ/mol=-46kJ/mol，则生成1molNH3过程中的热量变化位46kJ，反应为放热反应，反应物能量高于生成物的能量，反应为放热反应，正确表示该反应中能量变化的是选A，故答案为：46；A；

(4)a．降低温度，反应速率减小，故a错误；b．增大压强，反应速率增大，故b正确；c．恒容时充入He气，总压增大，分压不变，反应速率不变，故c错误；d．恒压时充入He气，体积增大，压强减小，反应速率减小，故d错误；e．及时分离NH3，氨气的浓度减小，反应速率减小，故e错误；故答案为：b；

(5)A．反应前后气体质量不变，气体物质的量减小，根M=可知，平均相对分子质量是变量，混合气体的平均相对分子质量保持不变，说明达到平衡状态，故A选；B.根据方程式，N2、H2的反应速率比始终为1:3，N2、H2的反应速率比为1:3不能说明达到平衡状态，故B不选；C．反应前后气体质量不变、体积不变，根据ρ=可知，密度是恒量，混合气体的密度保持不变，不一定达到平衡状态，故C不选；D.生成1mol N2的同时一定分解2mol NH3，因此生成1mol N2的同时生成2mol NH3，说明正逆反应速率相等，达到平衡状态，故D选；E. N2、H2、NH3物质的量之比等于系数比，不能说明三者的物质的量不变，不能说明达到平衡状态，故E不选；F. 反应前后气体物质的量是变量，即反应过程中混合气体的总压强为变量，总压强不再发生改变，说明达到平衡状态，故F选；故答案为：ADF。