Question

【题目】工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)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。已知形成1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键放出的能量分别为436 kJ、391 kJ、946 kJ。则：

(1)若1 mol氮气完全反应生成氨气可放出的能量为__________ kJ。

(2)如果将1 mol氮气和3 mol氢气混合，使其充分反应，反应放出的能量总小于上述数值，为什么？_______________。

(3)实验室模拟工业合成氨时，在容积为2 L的密闭容器内，充入2 mol氮气和3 mol氢气反应经过1分钟后，达到平衡状态，此时容器内压强为原来的80%，则用氮气表示的化学反应速率是________ mol/(L·min)，氢气的转化率为________。

(4)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且为零 b.氮气和氢气的转化率相等

c.氮气的转化率达到最大值 d.氮气和氢气的浓度相等

e.N2、H2和NH3的体积分数相等 f.反应达到最大程度

(5)生产过程中通常将氨气及时分离出去，则平衡________(填正向，逆向，不)移动，正反应速率将________(增大，减小，不变)。

Answer 1

【答案】92 该反应是可逆反应，1 mol氮气和3 mol 氢气不能完全反应，放出的能量总是小于92 kJ 0.25 50% cf 正向 减小

【解析】

(1)△H=反应物键能和-生成物键能和，反应N2+3H22NH3的△H=(946+3×436-6×391)kJ/mol=-92kJ/mol；

(2)合成氨为可逆反应，反应物不能完全转化为生成物；

(3)结合υ=，转化率= ×100%计算；

(4)平衡时正逆反应速率相等，浓度不变，为动态平衡，为反应的最大限度；

(5)根据反应特点，结合化学反应速率影响因素及平衡移动原理分析。

(1)△H=反应物键能和-生成物键能和，反应N2+3H22NH3的△H=(946+3×436-6×391)kJ/mol=-92kJ/mol；

(2)将1 mol N2和3 mol H2混合，使充分反应，反应放出的热量总小于上述数值，是因为合成氨为可逆反应，反应物不能完全转化为生成物NH3，所以1 mol氮气和3 mol氢气混合，使其充分反应，反应放出的能量总小于92kJ；

(3)在恒温恒容时，气体的压强比等于气体的物质的量的比，开始时气体的物质的量为2mol+3mol=5mol，由于平衡时气体压强为原来的80%，则气体的物质的量减小5mol-5mol×80%=1mol。根据方程式N2+3H22NH3可知：每有1molN2反应，反应后会减小2mol，现在气体的物质的量减小1mol，则反应的N2的物质的量为0.5mol，所以用氮气表示的化学反应速率是υ(N2)===0.25mol/(L·min)；根据方程式可知N2、H2反应的物质的量的比是1:3，氮气反应了0.5mol，则氢气反应了1.5mol，由于反应开始时加入氢气的物质的量为3mol，所以氢气的转化率为= ×100%=50%；

(4) a.化学平衡为动态平衡，达到平衡时正反应速率和逆反应速率相等但不为零，a错误；

b.反应达到平衡时，氮气和氢气的转化率可能相等，也可能不相等，这与反应开始时加入的两种物质的物质的量多少有关，b错误；

c.反应从正反应方向开始，若氮气的转化率达到最大值，则反应达到平衡，c正确；

d.达到平衡时氮气和氢气的浓度不一定相等，这与起始量、物质的转化率有关，d错误；

e.N2、H2和NH3的体积分数相等，反应可能处于平衡状态，也可能未处于平衡状态，e错误；

f.反应达到最大程度，任何物质的浓度不再发生变化，反应达到平衡状态，f正确；

故合理选项是cf；

(5)生产过程中通常将氨气及时分离出去，则c(NH3)减小，根据平衡移动原理：减小生成物浓度，化学平衡向正向移动，由于物质的浓度降低，所以正反应速率将减小。