Question

【题目】在恒温、体积为2.0L的密闭容器中通入1.0mol N2和1.0mol H2发生合成氨反应，20min后达到平衡，测得反应放出的热量为18.4kJ，混合气体的总物质的量为1.6mol，请回答下列问题：

（1）从开始反应至达到平衡时，用NH3表示该反应的化学反应速率ν(NH3)=____。

（2）平衡时，N2的转化率为____，NH3的体积分数为____，平衡时体系的压强为起始时压强的____倍。

（3）该反应的热化学方程式为____。

（4）若拆开1mol H-H键和1mol NN键需要的能量分别是436kJ和946kJ，则拆开1mol N-H键需要的能量是____kJ。

（5）判断该反应达到平衡状态的依据是____(填序号)。

①单位时间内消耗1mol N2的同时消耗了3mol H2；

②单位时间内断裂1mol N≡N的同时断裂了6mol N–H；

③ν正(N2)= ν逆(NH3)；

④NH3的物质的量分数不再随时间而变化；

⑤容器内气体的压强不再随时间而变化的状态；

⑥容器内气体的密度不再随时间而变化的状态；

⑦c(N2)：c(H2)：c(NH3)=1：3：2。

Answer 1

【答案】0.01mol/(Lmin) 20% 25% 0.8 N2 (g)+3H2 (g) 2NH3(g) H= -92kJ /mol 391 ②④⑤

【解析】

（1）设反应消耗氮气的量为xmol，

N2 + 3H2 2NH3

起始量 1 1 0

变化量 x 3x 2x

平衡量 1-x 1-3x 2x

20min后达到平衡，混合气体的总物质的量为1.6mol，所以1-x+1-3x+2x=1.6，解之得x=0.2mol；根据v=c/t计算出v(NH3)；根据α=变化量/起始量×100%计算出N2的转化率；同一条件下，气体的体积之比和气体的物质的量成正比，计算出氨气的体积分数；同一条件下，气体的压强之比和气体的物质的量成正比，据此计算出平衡时体系的压强与起始时压强之比；根据H=反应物断键吸收能量-生成物成键放出的热量，计算出拆开1mol N-H键需要的能量；

（2）根据平衡状态判断标准：v正=v逆，各物质的浓度保持不变及由此衍生出的物理量进行分析判断。

（1）在恒温、体积为2.0L的密闭容器中发生合成氨的反应，设反应消耗氮气的量为x mol，

N2 + 3H2 2NH3

起始量 1 1 0

变化量 x 3x 2x

平衡量 1-x 1-3x 2x

20min后达到平衡，混合气体的总物质的量为1.6mol，所以1-x+1-3x+2x=1.6，解之得x=0.2mol；c(NH3)=0.4mol/2L=0.2mol/L；v(NH3)= 0.2mol/L/20min=0.01mol/(Lmin)；

（2）根据（1）分析可知，平衡时，N2的转化率为0.2mol/1mol×100%=20%；同一条件下，气体的压强之比和气体的物质的量成正比，所以平衡时气体的总量为1.6mol同一条件下，气体的体积之比和气体的物质的量成正比，所以平衡时氨气的体积分数为0.4mol/1.6mol×100%=25%；起始时气体的总量为2mol，平衡时体系的压强为起始时压强的1.6mol/2mol=0.8倍；

（3）根据（1）分子可知，当有0.2mol氮气参加反应，反应放出的热量为18.4kJ，所以当1mol氮气参加反应，放出的热量为92kJ；所以该反应的热化学方程式为：N2(g)+3H2 (g) 2NH3(g) H= -92kJ /mol；

（4）设拆开1mol N-H键需要的能量是x kJ，根据N2(g)+ 3H2(g) 2NH3(g) H= -92kJ /mol反应可知，H=反应物断键吸收能量-生成物成键放出的热量，带入数值：946kJ+3×436kJ-2×3×x= -92 kJ，解之得x=391kJ；

（5）①单位时间内消耗1mol N2的同时消耗了3mol H2，均表示正反应速率，反应始终按该比例关系进行，不能判断反应达到平衡状态，故错误；

②单位时间内断裂1molN≡N键的同时，断裂了6molN–H键，体现了2v正（N2）=v逆（NH3），可以判定反应达到平衡状态，故正确；

③ν正(N2)= ν逆(NH3),不满足速率之比和系数成正比的关系，不能判定反应达到平衡状态，故错误；

④NH3的物质的量分数不再随时间而变化，即ν逆(NH3)= ν正(NH3)，可以判定反应达到平衡状态，故正确；

⑤条件一定时，气体的压强和气体的物质的量成正比；随反应进行混合气体总物质的量减小，恒温恒容下混合气体的压强随着反应的进行，压强在变小，而压强不再改变时，反应达平衡状态，故正确；

⑥混合气体总质量不变，容器容积不变，根据ρ=m/V可知，混合气体的密度不始终不变，不能判定反应达到平衡状态，故错误；

⑦用N2、H2、NH3表示的反应速率数值之比为1：3：2，反应开始即按该比例关系进行，不能判定反应达到平衡状态，故错误；

故答案选②④⑤。