Question

4．工业合成氨反应为：N₂（g）+3H₂（g） $?_{高温高压}^{催化剂}$ 2NH₃（g），对其研究如下：
（1）已知H-H键能为436kJ•mol^-1，N-H键能为391kJ•mol^-1，N≡N键的键能是945.6kJ•mol^-1，则上述反应的△H=-92.46kJ•mol^-1．
（2）上述反应的平衡常数K的表达式为：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$．若反应方程式改写为：$\frac{1}{2}$N₂（g）+$\frac{3}{2}$H₂（g）?NH₃（g），在该温度下的平衡常数：K₁=$\sqrt{K}$（用K表示）．
（3）在773K时，分别将2molN₂和6molH₂充入一个固定容积为1L的密闭容器中，随着反应的进行，气体混合物中n（H₂）、n（NH₃）与反应时间t的关系如下表：

t/min	0	5	10	15	20	25	30
n（H2）/mol	6.00	4.50	3.60	3.30	3.03	3.00	3.00
n（NH3）/mol	0	1.00	1.60	1.80	1.98	2.00	2.00

①该温度下，若向同容积的另一容器中投入的N₂、H₂、NH₃浓度分别为3mol/L，3mol/L、3mol/L，此时v_正大于v_逆（填“大于”、“小于”或“等于”）
②由上述表中的实验数据计算得到“浓度～时间”的关系可用如图的曲线表示，表示    c（N₂）～t的曲线是乙．在此温度下，若起始充入4molN₂和12molH₂，反应刚达到平衡时，表示c（H₂）的曲线上相应的点为B．

Answer 1

分析 （1）根据反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，据此计算；
（2）K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，化学计量数为倍数关系，而K为指数关系；
（3）①由表可知表可知25min反应达平衡状态，
                      N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
初起（mol/L）：2       6         0 
变化（mol/L）：1       3         2
平衡（mol/L）：1       3         2
此时平衡常数为：K=$\frac{{2}^{2}}{{3}^{3}×1}$=$\frac{4}{27}$，根据Qc与K的大小平衡判断正逆反应速率的大小；
②由反应方程式可知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）变化量之比等于对应物质的化学计量数之比，而△n甲：△n乙：△n丙=3：1：2，所以表示c（N₂）～t的曲线是乙；在此温度下，若起始充入4molN₂和12molH₂，相当于在原来基础上增加压强，平衡正向移动，所以比原平衡的两倍小，而且达平衡的时间缩短，由此分析解答．

解答 解：（1）已知：H-H键能为436kJ•mol^-1，H-N键能为391kJ•mol^-1，N≡N键的键能945.6kJ•mol^-1，对于反应N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）的反应热=反应物的总键能-生成物的总键能=945.6kJ•mol^-1+436kJ•mol^-1×2-391kJ•mol^-1×6=-92.46kJ•mol^-1，
故答案为：-92.46kJ•mol^-1；
（2）N₂（g）+3H₂（g） $?_{高温高压}^{催化剂}$ 2NH₃（g）的K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，$\frac{1}{2}$N₂（g）+$\frac{3}{2}$H₂（g）?NH₃（g），在该温度下的平衡常数：K₁=$\sqrt{K}$，
故答案为：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；$\sqrt{K}$；
（3）①由表可知表可知25min反应达平衡状态，
                      N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
初起（mol/L）：2       6         0 
变化（mol/L）：1       3         2
平衡（mol/L）：1       3         2
此时平衡常数为：K=$\frac{{2}^{2}}{{3}^{3}×1}$=$\frac{4}{27}$，根据Qc=$\frac{{3}^{2}}{{3}^{3}×3}$=$\frac{3}{27}$＜K，所以平衡正向移动，即此时v_正大于v_逆，
故答案为：大于；
②由反应方程式可知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）变化量之比等于对应物质的化学计量数之比，而△n甲：△n乙：△n丙=3：1：2，所以表示c（N₂）～t的曲线是乙；在此温度下，若起始充入4molN₂和12molH₂，相当于在原来基础上增加压强，平衡正向移动，所以比原平衡的两倍小，而且达平衡的时间缩短，则应是点B，
故答案为：乙；B．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握图象及表格数据的应用、平衡三段法、K与Qc的计算为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意焓变计算方法、平衡移动原理的应用，题目难度不大．