Question

工业合成氨的反应如下：3H₂+N₂2NH₃。某温度下，在容积恒定为2.0 L的密闭容器中充入2.0 mol N₂和2.0 mol H₂，一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)/mol	0	0.24	0.36	0.40	0.40

(1)0～50 s内的平均反应速率υ (N₂)＝_______________。

(2)250 s时，H₂的转化率为_______________。

(3)已知N≡N的键能为946 kJ·mol^-1，H－H的键能为436 kJ·mol^-1，N－H的键能为391 kJ·mol^-1，则生成1 mol NH₃过程中的热量变化为_______kJ。下图能正确表示该反应中能量变化的是_____（填字母）。

A                                               B

(4)为加快反应速率，可以采取的措施______________。

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．及时分离出NH₃

(5)下列说法错误的是____________。

a．使用催化剂是为了加快反应速率，提高生产效率

b．上述条件下，N₂不可能100%转化为NH₃

c．在一定条件下，合成氨反应有一定的限度

d．250～350 s时，生成物浓度保持不变，反应停止

Answer

1.2×10-3 mol·L-1·s-1 30% 46 A b d

【解析】

（1）0～50s内生成氨气0.24mol，浓度是0.24mol÷2L＝0.12mol/L，则平均反应速率υ(NH3)＝0.12mol/L÷50s＝2.4×10-3mol/(L·s)，反应速率之比等于化学计量数之比，则υ(N2)＝1.2×10-3mol/(L·s)；

（2）250s时，生成了氨气0.4mol，根据方程式可知反应的氢气的物质的量为0.6mol，所以H2的转化率为×100%=30%；

（3）∆H=反应物的键能总和-生成物的键能总和，则根据反应方程式N2+3H22NH3可知△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0.5×92 kJ＝46 kJ，该反应为放热反应，反应物总能量高于生成物总能量，答案选A；

（4）a．降低温度，反应速率减慢，a不选；

b．增大压强，反应速率加快，b选；

c．恒容时充入He气，反应物的浓度不变，反应速率不变，c不选；

d．恒压时充入He气，反应物的浓度减小，反应速率减慢，d不选；

e．及时分离NH3，生成物的浓度减小，反应速率减慢，e不选；

答案选b；

（5）a．使用催化剂，反应速率加快，提高了生产效率，a正确；

b．反应为可逆反应，N2不可能100%转化为NH3，b正确；

c．反应为可逆反应，在一定条件下，合成氨反应有一定的限度，c正确；

d．250～350s生成物浓度保持不变，反应达到了化学平衡状态，但反应未停止，d错误；

答案选d。