Question

氨是氮循环中的重要物质，氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法．
（1）已知：H-H键能为436kJ•mol^-1，N≡N键能为946kJ•mol^-1，N-H键能为391kJ•mol^-1．写出合成氨反应的热化学方程式：______
（2）恒温下，往一个4L的密闭容器中充人5.2molH₂和2molN₂，反应过程中对NH₃的浓度进行检测，得到的数据如下表所示：

时间/min	5	10	15	20	25	30
c（NH3）/mol•L^-1	0.08	0.14	0.18	0.20	0.20	0.20

①5min内，消耗H₂的平均反应速率为______
②N₂的平衡转化率______
③此条件下该反应的化学平衡常数K=______．反应达到平衡后，若维持容器体积不变，温度不变，往平衡体系中加入H₂、N₂和NH₃各8mol，化学平衡将向______方向移动（填“正反应”或“逆反应”）；化学平衡常数值______（填变大、变小、不变）；
④若温度维持不变，只将容器体积由4L变为2L，达新平衡时N₂的平衡浓度______0.4mol•L^-1（填大于、小于与等于）

Answer

（1）反应物的总键能-生成物的总键能=反应热，据此计算该反应的反应热，根据热化学方程式的书写原则进行书写．
（2）①根据v=计算v（NH3），再根据速率之比等于化学计量数之比计算v（H2）；
②由表中数据可知，20min达平衡，平衡时NH3的浓度为0.20mol/L，根据n=cV计算生成的氨气的物质的量，根据方程式计算参加反应的氮气的物质的量，再利用转化率定义计算；
③由表中数据可知，20min达平衡，平衡时NH3的浓度为0.20mol/L，利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，代入平衡常数表达式k=计算；
温度不变平衡常数不变，计算此时的浓度，进而计算浓度商Qc，比较浓度商与平衡常数的大小，判断反应进行方向；
④只将容器体积由4L变为2L，若平衡不移动氮气的浓度为原来2倍，但体积减小压强增大，平衡向正反应移动，故氮气的平衡浓度小于原平衡浓度的2倍，但大于原平衡的浓度．
【解析】
（1）反应N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）的反应热△H=946kJ•mol-1+3×436kJ•mol-1-2×3×391kJ•mol-1=-92kJ•mol-1，故热化学方程式为：N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△H=-92kJ•mol-1，
故答案为：N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）△H=-92kJ•mol-1；
（2）①由表中水解可知，5min内，氨气的浓度变化为0.08mol/L，故v（NH3）==0.016mol/（L•min），速率之比等于化学计量数之比，故v（H2）=v（NH3）=×0.016mol/（L•min）=0.024mol/（L•min），故答案为：0.024mol/（L•min）；
②由表中数据可知，20min达平衡，平衡时NH3的浓度为0.20mol/L，生成的氨气的物质的量为0.20mol/L×4L=0.8mol，由方程式N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）可知，参加反应的氮气的物质的量为×0.8mol=0.4mol，所以氮气的转化率为：×100%=20%，故答案为：20%；
③由表中数据可知，20min达平衡，平衡时NH3的浓度为0.20mol/L，则：
               N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）
开始（mol/L）：0.5     1.3        0
变化（mol/L）：0.1     0.3        0.2
平衡（mol/L）：0.4     1          0.2
故平衡常数k===1，
反应达到平衡后，若维持容器体积不变，温度不变，往平衡体系中加入H2、N2和NH3各8mol，则此时各物质的浓度为：
H2为1mol/L+=3mol/L，N2为0.4mol/L+=2.4mol/L，NH3为0.2mol/L+=2.2mol/L，故浓度商Qc=＜1，故反应向正反应进行，
平衡常数只受温度影响，温度不变平衡常数不变，
故答案为：1；正反应；不变；
④只将容器体积由4L变为2L，若平衡不移动氮气的浓度为原来2倍为0.8mol/L，但体积减小压强增大，平衡向正反应移动，故氮气的平衡浓度小于原平衡浓度的2倍，大于原平衡的浓度，即0.4mol/L＜c（N2）＜0.8mol/L，故答案为：大于．