Question

工业合成氨反应：N₂＋3H₂2NH₃是一个放热的可逆反应，反应条件是高温、高压，并且需要合适的催化剂。

(1)已知1 mol N₂完全反应生成NH₃可放出92kJ热量。如果将1 mol N₂和3 mol H₂混合，使其充分反应，放出的热量总小于上述数值，其原因是___________________________________。

(2)实验室模拟工业合成氨时，在容积为2 L的密闭容器内，反应经过10 min后，生成10 mol NH₃，则用N₂表示的化学反应速率为_______________。

(3)一定条件下，当合成氨的反应达到化学平衡时，下列说法正确的是_____________。

a．正反应速率和逆反应速率相等       b．正反应速率最大，逆反应速率为0

c．该条件下，N₂的转化率达到最大值  d．N₂和H₂的浓度相等

e．N₂、H₂和NH₃的体积分数相等      f．恒容时体系压强保持不变

（4）在四个不同容器中，不同条件下进行合成氨反应。根据在相同时间内测定的结果，判断该反应的速率由大到小的顺序是__________________________（用编号填写）。

A．V(NH₃)=0.5 mol •L^-1-•min^-1           B．V(H₂)=0.3 mol •L^-1-•min^-1

C．V(N₂)=0.2 mol •L^-1-•min^-1　　 　　   D．V(H₂)=0.01 mol •L^-1-• s ^-1

Answer

可逆反应，不会完全进行到底 0.25 mol •L-1-•min-1 a c f A>C=D>B

【解析】(1)合成氨是可逆反应，反应物不能完全转化；

(2)v(NH3)= ==0.5mol/(L•min)，所以v(N2)= ×v(NH3)=0.25mol/(L•min)；

(3)a．正反应速率和逆反应速率相等，说明反应达到平衡状态，正确；b．正反应速率最大，逆反应速率为0，是指反应开始时的状态，反应没有达到平衡状态，错误；c．N2的转化率达到最大值，说明反应达到平衡状态，正确；d．N2和H2的浓度相等，反应不一定达到平衡状态，错误； e．N2、H2和NH3的体积分数相等，与平衡状态无关，错误；f．体积不变，气体的物质的量是不定值，当恒容时体系压强保持不变时，说明反应达到平衡状态，正确；故答案为acf；

(4)反应为N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)，以氢气的反应速率为标准进行判断；A．V(NH3)=0.5mol/(L•min)，反应速率之比等于其计量数之比，所以ν(H2)=0.75mol/(L•min)；B．ν(H2)=0.3mol/(L•min)；C．ν(N2)=0.2mol/(L•min)，反应速率之比等于其计量数之比，所以ν(H2)=0.6mol/(L•min)；D．ν(H2)=0.01mol/(L•S)=0.6mol/(L•min)；所以反应的速率由大到小的顺序是A>C=D>B。

点睛：可逆反应达到平衡状态有两个核心的判断依据：①正反应速率和逆反应速率相等。②反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变。只要抓住这两个特征就可确定反应是否达到平衡状态，对于随反应的发生而发生变化的物理量如果不变了，即说明可逆反应达到了平衡状态。判断化学反应是否达到平衡状态，关键是看给定的条件能否推出参与反应的任一物质的物质的量不再发生变化，即变量不再发生变化。