题目内容
工业上合成氨的化学反应：N2（g）+3H2（g）═2NH3（g）△H=-92.4kJ/mol△S=-98.3J/（mol?K），在容积为10L的密闭容器中，通入4mol N2和12mol H2，在一定条件下进行反应，4s后达到平衡状态，此时N2的浓度为0.2mol/L．试通过计算回答下列问题：
（1）温度为500K时，该反应 （填“能”或“不能”自发进行）；
（2）该条件下N2的最大转化率为 ，此时混合气体中NH3的体积分数是 ，若起始时通入1.5mol N2和4.5mol H2，要保持平衡时各组分的体积分数不变，需要通入HN3 mol；
（3）已知50MPa、400℃时，该反应的平衡常数为K1，20MPa、500℃时，该反应的平衡常数为K2，则K1 K2（填“＞”“＜”或“=”）；
（4）从温度和压强的角度回答：要加快合成氨的反应速率应选择 ，要提高氨的产率应选择 ．
（1）温度为500K时，该反应
（2）该条件下N2的最大转化率为
（3）已知50MPa、400℃时，该反应的平衡常数为K1，20MPa、500℃时，该反应的平衡常数为K2，则K1
（4）从温度和压强的角度回答：要加快合成氨的反应速率应选择
考点：化学平衡的影响因素,等效平衡,化学平衡的计算
专题：化学平衡专题
分析：（1）△G=△H-T△S＜0时，反应能够自发进行，据此分析；
（2）根据n=cV计算出达到平衡时氮气的物质的量，然后根据差量法计算出达到平衡时生成氨气的物质的量及平衡时气体减少的量，然后分别计算出氮气的转化率、混合气体中氨气的体积分数；根据等效平衡知识判断还需要加入氨气的物质的量；
（3）该反应为吸热反应，正反应为气体体积缩小的反应，据此判断K1、K2的大小；
（4）根据温度、压强对反应速率、化学平衡的影响进行解答．
（2）根据n=cV计算出达到平衡时氮气的物质的量，然后根据差量法计算出达到平衡时生成氨气的物质的量及平衡时气体减少的量，然后分别计算出氮气的转化率、混合气体中氨气的体积分数；根据等效平衡知识判断还需要加入氨气的物质的量；
（3）该反应为吸热反应，正反应为气体体积缩小的反应，据此判断K1、K2的大小；
（4）根据温度、压强对反应速率、化学平衡的影响进行解答．
解答：
解：（1）△G=△H-T△S=-92.4×1000J/mol-[-98.3J/（mol?K）]×500K=-43250kJ/mol＜0，所以该反应能够自发进行，
故答案为：能；
（2）达到平衡时N2的浓度为0.2mol/L，平衡时氮气的物质的量为：n（N2）=0.2mol/L×10L=2mol，达到平衡时消耗氮气的物质的量为：4mol-2mol=2mol，
N2（g）+3H2（g）═2NH3（g）△n
1 3 2 2
2mol n（NH3） n
n（NH3）=
=4mol，反应后气体的物质的量减小量为：△n=
=4mol，
该条件下N2的最大转化率为：
×100%=50%；
此时混合气体中NH3的体积分数是：
×100%=25%；
平衡时各组分的体积分数不变，则说明两个平衡互为恒温恒容下的等效平衡，将各组分的量按照计量数转化成初始反应物，一定满足4molN2和12molH2，若起始时通入1.5molN2和4.5molH2，还缺少（4-1.5）mol=2.5molN2、（12-4.5）mol=7.5molH2，相当于缺少5mol氨气，所以还缺少5mol氨气，
故答案为：50%；25%；5；
（3）该反应为放热反应，温度越高，平衡向着逆向移动，温度越低，平衡向着正向移动；
该反应为气体体积缩小的反应，增大压强，平衡向着正向移动，减小压强，平衡向着逆向移动
所以50MPa、400℃时比20MPa、500℃时的压强大于、温度低，则50MPa、400℃时反应的平衡常数K1一定大于20MPa、500℃时该反应的平衡常数K2，
故答案为：＞；
（4）升高温度、增大压强，反应速率加快，所以要加快合成氨的反应速率应选择高温高压；要提高氨的产率，需要使平衡向着正向移动，该反应为放热、气体体积减小的可逆反应，则低温、高压条件下有利于平衡向着正向移动，
故答案为：高温高压；低温高压．
故答案为：能；
（2）达到平衡时N2的浓度为0.2mol/L，平衡时氮气的物质的量为：n（N2）=0.2mol/L×10L=2mol，达到平衡时消耗氮气的物质的量为：4mol-2mol=2mol，
N2（g）+3H2（g）═2NH3（g）△n
1 3 2 2
2mol n（NH3） n
n（NH3）=
| 2mol×2 |
| 1 |
| 2mol×2 |
| 1 |
该条件下N2的最大转化率为：
| 2mol |
| 4mol |
此时混合气体中NH3的体积分数是：
| 4mol |
| 4mol+12mol-4mol |
平衡时各组分的体积分数不变，则说明两个平衡互为恒温恒容下的等效平衡，将各组分的量按照计量数转化成初始反应物，一定满足4molN2和12molH2，若起始时通入1.5molN2和4.5molH2，还缺少（4-1.5）mol=2.5molN2、（12-4.5）mol=7.5molH2，相当于缺少5mol氨气，所以还缺少5mol氨气，
故答案为：50%；25%；5；
（3）该反应为放热反应，温度越高，平衡向着逆向移动，温度越低，平衡向着正向移动；
该反应为气体体积缩小的反应，增大压强，平衡向着正向移动，减小压强，平衡向着逆向移动
所以50MPa、400℃时比20MPa、500℃时的压强大于、温度低，则50MPa、400℃时反应的平衡常数K1一定大于20MPa、500℃时该反应的平衡常数K2，
故答案为：＞；
（4）升高温度、增大压强，反应速率加快，所以要加快合成氨的反应速率应选择高温高压；要提高氨的产率，需要使平衡向着正向移动，该反应为放热、气体体积减小的可逆反应，则低温、高压条件下有利于平衡向着正向移动，
故答案为：高温高压；低温高压．
点评：本题考查了化学反应速率、化学平衡的影响因素、化学平衡的计算等知识，题目难度中等，注意掌握影响化学反应速率、化学平衡的因素，试题充分考查了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力．
练习册系列答案
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