氨是氮循环中的重要物质,氨的合成是目前普遍使用的人工固氮方法.

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  • 解题思路:(1)反应物的总键能-生成物的总键能=反应热,据此计算该反应的反应热,根据热化学方程式的书写原则进行书写.

    (2)①根据v=[△c/△t]计算v(NH3),再根据速率之比等于化学计量数之比计算v(H2);

    ②由表中数据可知,20min达平衡,平衡时NH3的浓度为0.20mol/L,根据n=cV计算生成的氨气的物质的量,根据方程式计算参加反应的氮气的物质的量,再利用转化率定义计算;

    ③由表中数据可知,20min达平衡,平衡时NH3的浓度为0.20mol/L,利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度,代入平衡常数表达式k=

    c

    2

    (N

    H

    3

    )

    c(

    N

    2

    )•

    c

    3

    (

    H

    2

    )

    计算;

    温度不变平衡常数不变,计算此时的浓度,进而计算浓度商Qc,比较浓度商与平衡常数的大小,判断反应进行方向;

    ④只将容器体积由4L变为2L,若平衡不移动氮气的浓度为原来2倍,但体积减小压强增大,平衡向正反应移动,故氮气的平衡浓度小于原平衡浓度的2倍,但大于原平衡的浓度.

    (1)反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)的反应热△H=946kJ•mol-1+3×436kJ•mol-1-2×3×391kJ•mol-1=-92kJ•mol-1,故热化学方程式为:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H=-92kJ•mol-1

    故答案为:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)△H=-92kJ•mol-1

    (2)①由表中水解可知,5min内,氨气的浓度变化为0.08mol/L,故v(NH3)=[0.08mol/L/5min]=0.016mol/(L•min),速率之比等于化学计量数之比,故v(H2)=[3/2]v(NH3)=[3/2]×0.016mol/(L•min)=0.024mol/(L•min),故答案为:0.024mol/(L•min);

    ②由表中数据可知,20min达平衡,平衡时NH3的浓度为0.20mol/L,生成的氨气的物质的量为0.20mol/L×4L=0.8mol,由方程式N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)可知,参加反应的氮气的物质的量为[1/2]×0.8mol=0.4mol,所以氮气的转化率为:[0.4mol/2mol]×100%=20%,故答案为:20%;

    ③由表中数据可知,20min达平衡,平衡时NH3的浓度为0.20mol/L,则:

    N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)

    开始(mol/L):0.5 1.3 0

    变化(mol/L):0.1 0.3 0.2

    平衡(mol/L):0.4 1 0.2

    故平衡常数k=

    c2(NH3)

    c(N2)•c3(H2)=

    0.22

    0.4×13=1,

    反应达到平衡后,若维持容器体积不变,温度不变,往平衡体系中加入H2、N2和NH3各8mol,则此时各物质的浓度为:

    H2为1mol/L+[8mol/4L]=3mol/L,N2为0.4mol/L+[8mol/4L]=2.4mol/L,NH3为0.2mol/L+[8mol/4L]=2.2mol/L,故浓度商Qc=

    2.22

    2.4×33<1,故反应向正反应进行,

    平衡常数只受温度影响,温度不变平衡常数不变,

    故答案为:1;正反应;不变;

    ④只将容器体积由4L变为2L,若平衡不移动氮气的浓度为原来2倍为0.8mol/L,但体积减小压强增大,平衡向正反应移动,故氮气的平衡浓度小于原平衡浓度的2倍,大于原平衡的浓度,即0.4mol/L<c(N2)<0.8mol/L,故答案为:大于.

    点评:

    本题考点: 化学平衡的计算.

    考点点评: 本题考查反应热的计算、热化学方程式书写、化学反应速率计算、化学平衡有关计算、平衡常数等,题目综合性较大,难度中等,注意掌握化学平衡常数的应用:1、用来判断反应进行的程度,2、判断反应的热效应,3、判断反应进行的方向,4、用来计算物质的转化率.