Question

【題目】在恒溫、體積為2.0L的密閉容器中通入1.0mol N2和1.0mol H2發生合成氨反應，20min后達到平衡，測得反應放出的熱量為18.4kJ，混合氣體的總物質的量為1.6mol，請回答下列問題：

（1）從開始反應至達到平衡時，用NH3表示該反應的化學反應速率ν(NH3)=____。

（2）平衡時，N2的轉化率為____，NH3的體積分數為____，平衡時體系的壓強為起始時壓強的____倍。

（3）該反應的熱化學方程式為____。

（4）若拆開1mol H-H鍵和1mol NN鍵需要的能量分別是436kJ和946kJ，則拆開1mol N-H鍵需要的能量是____kJ。

（5）判斷該反應達到平衡狀態的依據是____(填序號)。

①單位時間內消耗1mol N2的同時消耗了3mol H2；

②單位時間內斷裂1mol N≡N的同時斷裂了6mol N–H；

③ν正(N2)= ν逆(NH3)；

④NH3的物質的量分數不再隨時間而變化；

⑤容器內氣體的壓強不再隨時間而變化的狀態；

⑥容器內氣體的密度不再隨時間而變化的狀態；

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）設反應消耗氮氣的量為xmol，

N2 + 3H2 2NH3

起始量 1 1 0

變化量 x 3x 2x

平衡量 1-x 1-3x 2x

20min后達到平衡，混合氣體的總物質的量為1.6mol，所以1-x+1-3x+2x=1.6，解之得x=0.2mol；根據v=c/t計算出v(NH3)；根據α=變化量/起始量×100%計算出N2的轉化率；同一條件下，氣體的體積之比和氣體的物質的量成正比，計算出氨氣的體積分數；同一條件下，氣體的壓強之比和氣體的物質的量成正比，據此計算出平衡時體系的壓強與起始時壓強之比；根據H=反應物斷鍵吸收能量-生成物成鍵放出的熱量，計算出拆開1mol N-H鍵需要的能量；

（2）根據平衡狀態判斷標準：v正=v逆，各物質的濃度保持不變及由此衍生出的物理量進行分析判斷。

（1）在恒溫、體積為2.0L的密閉容器中發生合成氨的反應，設反應消耗氮氣的量為x mol，

N2 + 3H2 2NH3

起始量 1 1 0

變化量 x 3x 2x

平衡量 1-x 1-3x 2x

20min后達到平衡，混合氣體的總物質的量為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）根據（1）分析可知，平衡時，N2的轉化率為0.2mol/1mol×100%=20%；同一條件下，氣體的壓強之比和氣體的物質的量成正比，所以平衡時氣體的總量為1.6mol同一條件下，氣體的體積之比和氣體的物質的量成正比，所以平衡時氨氣的體積分數為0.4mol/1.6mol×100%=25%；起始時氣體的總量為2mol，平衡時體系的壓強為起始時壓強的1.6mol/2mol=0.8倍；

（3）根據（1）分子可知，當有0.2mol氮氣參加反應，反應放出的熱量為18.4kJ，所以當1mol氮氣參加反應，放出的熱量為92kJ；所以該反應的熱化學方程式為：N2(g)+3H2 (g) 2NH3(g) H= -92kJ /mol；

（4）設拆開1mol N-H鍵需要的能量是x kJ，根據N2(g)+ 3H2(g) 2NH3(g) H= -92kJ /mol反應可知，H=反應物斷鍵吸收能量-生成物成鍵放出的熱量，帶入數值：946kJ+3×436kJ-2×3×x= -92 kJ，解之得x=391kJ；

（5）①單位時間內消耗1mol N2的同時消耗了3mol H2，均表示正反應速率，反應始終按該比例關系進行，不能判斷反應達到平衡狀態，故錯誤；

②單位時間內斷裂1molN≡N鍵的同時，斷裂了6molN–H鍵，體現了2v正（N2）=v逆（NH3），可以判定反應達到平衡狀態，故正確；

③ν正(N2)= ν逆(NH3),不滿足速率之比和系數成正比的關系，不能判定反應達到平衡狀態，故錯誤；

④NH3的物質的量分數不再隨時間而變化，即ν逆(NH3)= ν正(NH3)，可以判定反應達到平衡狀態，故正確；

⑤條件一定時，氣體的壓強和氣體的物質的量成正比；隨反應進行混合氣體總物質的量減小，恒溫恒容下混合氣體的壓強隨著反應的進行，壓強在變小，而壓強不再改變時，反應達平衡狀態，故正確；

⑥混合氣體總質量不變，容器容積不變，根據ρ=m/V可知，混合氣體的密度不始終不變，不能判定反應達到平衡狀態，故錯誤；

⑦用N2、H2、NH3表示的反應速率數值之比為1：3：2，反應開始即按該比例關系進行，不能判定反應達到平衡狀態，故錯誤；

故答案選②④⑤。