Question

8．在恒温恒容的密闭容器中通入1mol N₂和X mol H₂发生如下反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）．达到平衡后，测得反应放出的热量为36.8kJ，混合气体的物质的量为3.2mol，容器内的压强变为原来的80%．
（1）起始时充入H₂物质的量为3 mol；
（2）该反应的热化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.0kJ/mol；
（3）若起始时加入N₂、H₂、NH₃的物质的量分别为a mol、b mol、c mol，达到平衡时各组分物质的量与上述平衡相同．
①若维持反应向逆方向进行，则起始时c的取值范围是0.8mol≤c＜2mol．
②若c=2mol，在相同条件下达到平衡时，该反应吸收的热量为55.2 kJ．

Answer 1

分析 恒温恒容条件下，气体的压强之比等于其物质的量之比，反应达到平衡后，混合气体的物质的量为3.2mol，容器内的压强变为原来的80%，则反应前混合气体的物质的量为4mol，
（1）反应前混合气体的物质的量为4mol，为氢气和氮气的物质的量之和；
（2）达到平衡后，设参加反应的氮气的物质的量为x，
N₂ +3H₂ ?2NH₃    减少的物质的量
1mol              2mol
x             （4-3.2）mol
1mol：2mol=x：（4-3.2）mol
x=$\frac{1mol×（4-3.2）mol}{2mol}$=0.4mol，
0.4mol氮气参加反应放出36.8kJ热量，则1mol氮气参加反应放出92.0kJ，据此书写热化学反应方程式；        
（3）若起始时加入N₂、H₂、NH₃的物质的量分别为a、b、c，达到平衡时各组分物质的量与上述平衡相同，为等效平衡，
①若维持反应向逆方向进行，开始时加入的c为略微大于平衡时的物质的量但小于反应完全正向进行时的物质的量；
②若c=2mol，a=b=0，该反应达到平衡状态时，反应逆向平衡时剩余0.4mol，根据氨气和反应热之间的关系式计算．

解答 解：恒温恒容条件下，气体的压强之比等于其物质的量之比，反应达到平衡后，混合气体的物质的量为3.6mol，容器内的压强变为原来的90%，则反应前混合气体的物质的量为4mol，
（1）反应前混合气体的物质的量为4mol，为氢气和氮气的物质的量之和，氮气的物质的量为1mol，则氢气的物质的量为3mol，
故答案为：3；
（2）达到平衡后，设参加反应的氮气的物质的量为x，
N₂ +3H₂ ?2NH₃    减少的物质的量
1mol      2mol       2mol
x        0.8mol   （4-3.2）mol
1mol：2mol=x：（4-3.2）mol
x=$\frac{1mol×（4-3.2）mol}{2mol}$=0.4mol，
0.4mol氮气参加反应放出36.8kJ热量，则1mol氮气参加反应放出92.0kJ，该反应热化学反应方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.0kJ/mol，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.0kJ/mol；
（3）若起始时加入N₂、H₂、NH₃的物质的量分别为a、b、c，达到平衡时各组分物质的量与上述平衡相同，为等效平衡，
①若维持反应向逆方向进行，开始时加入的c为略微大于平衡时的物质的量但小于反应完全正向进行时的物质的量，平衡时氨气的物质的量为0.8mol，根据方程式可知，氨气的最大物质的量为2mol，所以c的取值范围为0.8mol≤c＜2mol，
故答案为：0.8mol≤c＜2mol；
②若c=2mol，a=b=0，该反应达到平衡状态时，反应逆向平衡时剩余0.8mol，则参加反应的氨气的物质的量为1.2mol，设吸收的热量为y，
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.0kJ/mol
            2mol             92.0kJ
            1.2mol            y
2mol：92.0kJ=1.2mol：y
y=$\frac{92.0kJ×1.2mol}{2mol}$=55.2KJ，
故答案为：55.2．

点评 本题考查化学平衡计算，涉及等效平衡，根据反应方程式中各个物理量之间的关系式计算，难点是（3）题中等效平衡计算，采用一边倒的方法确定是否为等效平衡，题目难度中等．