Question

工业上利用反应：N₂(g) + 3H₂(g)⇌2NH₃(g) 合成氨气。

已知在1×10⁵ Pa和25 ℃时，拆开1mol N≡N键和1mol H—H键所需能量分别为946 kJ和436 kJ，生成1mol N—H键放出的能量为391 kJ。回答下列问题：

(1)根据上述数据判断，在1×10⁵ Pa和25 ℃时，工业合成氨的反应是________反应(填“吸热”或“放热”)；每消耗1 molN₂，反应放出或吸收的热量Q₁为________kJ；1 molN₂和3 molH₂在该条件下反应，达平衡时，放出或吸收的热量为Q₂ kJ，则

Q₂________Q₁(填“>”“<”或“＝”)。

(2)合成氨反应在恒容密闭容器中进行，达到平衡后，只改变某一条件，下列说法正确的是________(填序号)。

a．升高温度，υ(正)、υ(逆)均增大，化学平衡移动      

b．升高温度，υ(正)增大，υ(逆)减小，化学平衡移动    

c．充入一定量的氮气，υ(正)、υ(逆)均增大，化学平衡不移动

d．充入一定量的氩气，υ(正)、υ(逆)均增大，化学平衡不移动

下列叙述能说明上述反应已达化学平衡状态的是________(填序号)。

a．υ_正(N₂)＝υ_逆(NH₃)

b．n(N₂)∶n(H₂)∶n(NH₃)＝1∶3∶2     

c．容器中气体的密度不随时间而变化            

d．容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化 

(3)一定温度下，将1 mol N₂和3 mol H₂置于1L的恒容密闭容器中反应，测得不同温度(T)、不同时间段内，容器中NH₃的物质的量数据如下：

	1小时	2小时	3小时	4小时
T3	0.38 mol	0.49 mol	0.56 mol	0.56 mol
T4	0.42 mol	0.51 mol	x mol	y mol

表中x、y的大小关系为x________y。(填“>”“<”“＝”“≥”或“≤”)。

Answer

放热 92 ＜ a d ≤

【解析】

根据盖斯定律，计算反应热，判断放热或吸热及热量关系；根据反应速率影响因素判断选项；根据化学平衡本质特征判断平衡标志；根据题中图示信息判断x和y关系；据此解答。

（1）根据盖斯定律，反应的焓变△H=反应物的总键能-生成物的总键能，则△H=E(N≡N)+3E(H-H)-2×3E(N-H)=946+3×436-2×3×391=-92kJ/mol＜0，放热反应；由化学方程式N2(g) + 3H2(g)⇌2NH3(g)可知，每消耗1 molN2，反应放出热量92kJ，即Q1=92kJ，合成氨的反应是可逆反应，开始时加入的1 mol N2和3 mol H2不能完全反应生成2 mol NH3，放出的热量小于92kJ，即Q2＜Q1；答案为放热，92，＜。

（2）对于N2(g) + 3H2(g)⇌2NH3(g)△H＜0，

a．升高温度，υ(正)、υ(逆)均增大，平衡向逆反应方向移动，故a正确；

b．升高温度，υ(正)、υ(逆)均增大，平衡向逆反应方向移动，故b错误；

c．充入一定量的氮气，υ(正)增大，加入N2的瞬间，υ(逆)不变，平衡向正反应方向移动，故c错误；

d．充入一定量的氩气，反应物、生成物浓度均不变，υ(正)、υ(逆)均不变，平衡不移动，故d错误；

答案为a。

对于N2(g) + 3H2(g)⇌2NH3(g)△H＜0，该反应为气体体积减小的反应；

a．不同物质表示的正逆反应速率之比等于化学计量数之比，可逆反应到达平衡状态时，υ正(N2)：υ逆(NH3)=1：2，故a错误；

b．当体系达平衡状态时，n(N2)：n(H2)：n(NH3)可能1：3：2，也可能不等，与各物质的初始物质的量及转化率有关，故b错误；

c．该反应中混合气体总质量、容器容积为定值，则混合气体的密度始终不变，不能根据混合气体的密度判断平衡状态，故c错误；

d．混合气体总质量为定值，混合气体的物质的量为变量，则混合气体的平均相对分子质量为变量，当混合气体的平均相对分子质量不变时，表明达到平衡状态，故d正确；

答案为d。

(3) 根据T3和T4同时间段内NH3的物质的量多少可知，T4反应温度低，N2(g)+3H2(g)═2NH3(g)△H＜0，正反应为放热反应，所以T4相当于T3达到平衡时降温，平衡向正反应方向移动，NH3的物质的量比T3时高，所以x＞0.56mol，但温度低，反应速率慢，所以T4在3小时，反应可能达到平衡也可能未达平衡，所以达到平衡x=y，未达平衡x＜y，即≤；答案为≤。