Question

某温度时，在2L的密闭容器中，X、Y、Z（均为气体）三种物质的量随时间的变化曲线如图所示。

(1)由图中所给数据进行分析，该反应的化学方程式为__________。

(2)若上述反应中X、Y、Z分别为H₂、N₂ 、NH₃,某温度下，在容积恒定为2.0L的密闭容器中充入2.0molN₂和2.0molH₂，一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)	0	0.24	0.36	0.40	0.40

0~50s内的平均反应速率 v(N₂) = __________，250s时，H₂的转化率为____________。

(3)已知：键能指在标准状况下，将1mol气态分子AB（g）解离为气态原子A（g），B（g）所需的能量，用符号E表示，单位为kJ/mol。的键能为946kJ/mol，H-H的键能为436kJ/mol，N-H的键能为391kJ/mol，则生成1molNH₃过程中___（填“吸收”或“放出”）的能量为____， 反应达到(2)中的平衡状态时,对应的能量变化的数值为____kJ。

(4)反应达平衡时容器内混合气体的平均相对分子质量比起始时____（填增大、减小或不变），混合气体密度比起始时______（填增大、减小或不变）。

(5)为加快反应速率，可以采取的措施是_______

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NH₃

Answer

3X+Y2Z 1.2×10-3mol/(L·s ) 30% 放出 46 kJ 18.4 增大 不变 b

【解析】

(1)从图像分析，反应中X、Y的物质的量减小，Z的物质的量增多，则X、Y为反应物，Z为生成物，当反应到达2min时，△n(X)=0.3mol，△n(Y)=0.1mol，△n(Z)=0.2mol，化学反应中，各物质的物质的量的变化值与化学计量数呈正比，则△n(X)：△n(Y)：△n(Z)= 3: 1: 2；

(2) 0~50s内的平均反应速率 v(NH3) =，因此v(N2)= ；250s时，生成了氨气0.4mol，反应的氢气的物质的量为0.6mol，计算H2的转化率；

(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39 1kJ/mol，根据N2 + 3H2 2NH3，反应的△H=(946kJ/mol+3×436kJ/mol)-6×391kJ/mol=-92 kJ/mol，因此生成1molNH3过程中的热量变化为×92 kJ =46 kJ，该反应为放热反应，反应达到(2)中的平衡状态时，生成氨气0.4mol，对应的能量变化为0.4mol ×46KJ = 18.4 kJ；

(4)反应过程中，物质的总质量不变，但物质的量在不断减小，所以平均相对分子质量在不断增大；物质的总质量不变，容器的总体积不变，所以密度不变；

(5)根据影响化学反应速率因素进行分析作答。

(1)从图像可以看出，反应中X、Y的物质的量减小，Z的物质的量增多，则X、Y为反应物，Z为生成物，当反应到达2min时，△n(X)=0.3mol，△n(Y)=0.1mol，△n(Z)=0.2mol，化学反应中，各物质的物质的量的变化值与化学计量数呈正比，则△n(X)：△n(Y)：△n(Z)= 3: 1: 2，所以反应的化学方程式为：3X+Y2Z，故答案为：3X+Y2Z；

(2) 0~50s内的平均反应速率 v(NH3) =，因此v(N2)= 1.2×10-3mol/(L·s )；250s时，生成了氨气0.4mol，反应的氢气的物质的量为0.6mol，H2的转化率为×100%=30%，故答案为：1.2×10-3mol/(L·s )；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39 1kJ/mol，根据N2 + 3H2 2NH3，反应的△H=(946kJ/mol+3×436kJ/mol)-6×391kJ/mol=-92kJ/mol，因此生成1molNH3过程中的热量变化为×92 kJ =46 kJ，该反应为放热反应，反应达到(2)中的平衡状态时，生成氨气0.4mol，对应的能量变化为0.4mol ×46kJ = 18.4 kJ，故答案为：放出；46 kJ；18.4；

(4)反应过程中，物质的总质量不变，但物质的量在不断减小，所以平均相对分子质量在不断增大；物质的总质量不变，容器的总体积不变，所以密度不变，故答案为：增大；不变；

(5) a．降低温度，反应速率减慢，错误；b．增大压强，反应速率加快，正确；c．恒容时充入He气，反应物的浓度不变，反应速率不变，错误；d．恒压时充入He气，反应物的浓度减小，反应速率减慢。错误；e．及时分离NH3，生成物的浓度减小，反应速率减慢，故答案为b。