Question

13．工业合成氨的反应是一个可逆反应，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、1mol N≡N键放出的能量分别为436 kJ、391 kJ、946 kJ．则：
（1）写出工业合成氨的化学方程式N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）．
（2）若0.5mol N₂完全反应生成NH₃可放出（填“吸收”或“放出”）热量46kJ．　
（3）如果将0.5mol N₂和1.5mol H₂混合，使其充分反应，放出的热量总小于上述数值，其原因是该反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，所以放出的热量要小于46kJ．
（4）实验室模拟工业合成氨时，在容积为2L的密闭容器内，反应经过5min后，数据如下，则用N₂表示的化学反应速率为0.4mol/L/min．　

物质	N2	H2	NH3
反应前	16mol	xmol	0
5min	ymol	28mol	8mol

（5）一定条件下，当合成氨的反应达到化学平衡时，下列说法不正确的是bde．　
a．正反应速率和逆反应速率相等　
b．正反应速率最大，逆反应速率为0　
c．N₂的转化率达到最大值　
d．N₂和H₂的浓度相等　
e．N₂、H₂和NH₃的体积分数相等　
f．反应达到最大限度．

Answer 1

分析 （1）根据反应物和生成物书写方程式；
（2）在反应N₂+3H₂?2NH₃中，断裂3molH-H键、1mol N三N键共吸收的能量为：3×436kJ+946kJ=2254kJ，生成2mol NH₃，共形成6mol N-H键，放出的能量为：6×391kJ=2346kJ，吸收的能量少，放出的能量多，该反应为放热反应，放出的热量为：2346kJ-2254kJ=92kJ，该反应热化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ•mol^-1，根据氮气和焓变关系式计算放出的热量；
（3）该反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物；
（4）先计算氨气平均反应速率，再根据同一可逆反应中同一条件下不同物质的反应速率之比等于其计量数之比计算氮气平均反应速率；
（5）可逆反应达到平衡状态时，同一物质的正逆反应速率相等且不等于0，反应达到最大限度．

解答 解：（1）该反应方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；
（2）在反应N₂+3H₂?2NH₃中，断裂3molH-H键、1mol N三N键共吸收的能量为：3×436kJ+946kJ=2254kJ，生成2mol NH₃，共形成6mol N-H键，放出的能量为：6×391kJ=2346kJ，吸收的能量少，放出的能量多，该反应为放热反应，放出的热量为：2346kJ-2254kJ=92kJ，该反应热化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ•mol^-1，1mol氮气完全反应放出92kJ能量，则0.5mol氮气完全反应放出46kJ能量，
故答案为：放出；46；
（3）1mol氮气完全反应放出92kJ能量，则0.5mol氮气完全反应放出46kJ能量，该反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，所以放出的热量要小于46kJ，故答案为：该反应是可逆反应，反应物不能完全转化为生成物，所以放出的热量要小于46kJ；
（4）v（NH₃）=$\frac{\frac{8mol}{2L}}{5min}$=0.8mol/（L．min），同一可逆反应中同一条件下不同物质的反应速率之比等于其计量数之比得v（N₂）=$\frac{1}{2}$v（NH₃）=$\frac{1}{2}$×0.8mol/（L．min）=0.4mol/（L．min），
故答案为：0.4；
（5）a．达到平衡状态时正反应速率和逆反应速率相等且不等于0，故正确；　
b．达到平衡状态时，正反应速率和逆反应速率相等且不等于0，故错误；
c．达到平衡状态时，正逆反应速率相等，处于动态平衡状态，所以N₂的转化率达到最大值，故正确；
d．N₂和H₂的浓度相等时该反应不一定达到平衡状态，与反应物初始浓度及转化率有关，故错误；　
e．N₂、H₂和NH₃的体积分数相等时，该反应不一定达到平衡状态，与反应物初始浓度及转化率有关，故错误；　
f．达到平衡状态时，正逆反应速率相等，处于动态平衡状态，反应物的转化率达到最大值，所以反应达到最大限度，故正确；
故选bde．

点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡状态判断等知识点，把握化学平衡状态特征、化学计算基本方法是解本题关键，注意：可逆反应达到平衡状态时正逆反应速率相等（同一物质）但不能是0，题目难度不大．