Question

5．在一定条件下，合成塔中氮气和氢气的起始浓度分别为a mol•L^-1和b mol•L^-1，反应为：N₂+3H₂?2NH₃，氨气的浓度随时间变化如图所示．
（1）反应到5min时，氢气反应速率1.2mol/（L•min）．A的平衡常数为$\frac{16}{（a-2）（b-6）{\;}^{3}}$（用含a，b的表达式表示）
（2）在10min时采取的措施是移走生成的氨气，降低氨气的浓度
（3）若合成塔内生成17g氨气放出45.5kJ热量，写出合成氨反应的热化学方程式N₂（g）+3H₂?2NH₃（g）△H=-91KJ/mol
（4）反应达平衡后，再充入一定量的氮气和氢气，反应向正反应方向移动（填：“正反应方向”、“逆反应方向”）、平衡常数不变 （填“增大”、“减少”、“不变”）

Answer 1

分析 （1）由图可知，反应到5min时达平衡状态，氨气的浓度为4mol/L，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NH₃），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂）；
根据三段式计算平衡时各组分的浓度，代入平衡常数k=$\frac{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{c（N{\;}_{2}）c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$计算；
（2）由图可知，10min瞬间改变条件，NH₃的浓度为原平衡的一半，随后氨气的浓度增大，改变条件平衡向生成氨气的方向移动，应该是移走氨气的物质的量，降低氨气的浓度；
（3）若合成塔内生成17g氨气放出45.5kJ热量，34g氨气生成放热91KJ，标注物质聚集状态和对应反应焓变写出合成氨反应的热化学方程式；
（4）反应达平衡后，再充入一定量的氮气和氢气，增加反应物浓度平衡向正反应方向移动，平衡常数只受温度影响，当温度不变时，平衡常数不变；

解答 解：（1）由图可知，反应到5min时达平衡状态，氨气的浓度为4mol/L，故v（NH₃）=$\frac{4mol/L}{5min}$=0.8mol/（L•min），速率之比等于化学计量数之比，
故v（H₂）=$\frac{3}{2}$v（NH₃）=$\frac{3}{2}$×0.8mol/（L•min）=1.2mol/（L•min），
               N₂+3H₂?2NH₃，
开始（mol/L）：a   b    0
变化（mol/L）：2   6    4
平衡（mol/L）：a-2  b-6  4
故平衡常数k=$\frac{c{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{c（N{\;}_{2}）c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{4{\;}^{2}}{（a-2）（b-6）{\;}^{3}}$=$\frac{16}{（a-2）（b-6）{\;}^{3}}$；
故答案为：1.2mol/（L•min）；$\frac{16}{（a-2）（b-6）{\;}^{3}}$；
（2）由图可知，10min瞬间改变条件，NH₃的浓度为原平衡的一半，随后氨气的浓度增大，改变条件平衡向生成氨气的方向移动，应该是移走氨气的物质的量，降低氨气的浓度，
故答案为：移走生成的氨气，降低氨气的浓度；
（3）塔内生成17g氨气放出45.5kJ热量，34g氨气生成放热91KJ，标注物质聚集状态和对应反应焓变写出合成氨反应的热化学方程式为：N₂（g）+3H₂=2NH₃（g）△H=-91KJ/mol；
故答案为：N₂（g）+3H₂?2NH₃（g）△H=-91KJ/mol；
（4）反应达平衡后，再充入一定量的氮气和氢气，增加反应物浓度平衡向正反应方向移动，平衡常数只受温度影响，所以充入一定量的氮气和氢气，平衡常数不变，
故答案为：正反应方向； 不变；

点评 本题考查化学反应速率计算、平衡常数有关计算与影响因素、化学平衡图象与影响因素、等效平衡、反应热的有关计算等，题目综合性较大，难度中等．