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15.氨是最重要的化工产品之一.
(1)合成氨工业中,合成塔中每消耗3mol H2,放出92.2kJ热量.
①工业合成氨的热化学方程式是N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)△H=-92.2kJ/mol.
②若起始时向容器内放入1mol N2和3mol H2,达平衡后N2的转化率为20%,则反应放出的热量为Q1 kJ,则Q1的数值为18.44;若在同体积的容器中充入2mol N2和6mol H2,达平衡后放出的热量为Q2 kJ,则Q2> 2Q1(填“>”、“<”或“=”)
③已知:1mol N-H键断裂吸收的能量约等于391_kJ.
(2)在0.5L的密闭容器中,一定量的氮气和氢气进行合成氨反应:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)其化学平衡常数K与温度t的关系如下表:
t/℃200300400
KK1K20.5
请完成下列问题.
①试比较K1.K2的大小,K1> K2(填写“>”.“=”或“<”).
②下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据是c(填序号字母):
a.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1:3:2     b.v(N2)正=3v(H2)逆
c.容器内压强保持不变                         d.混合气体的密度保持不变
③在400℃时,当测得N2、H2和NH3的物质的量分别为2mol、1mol、2mol时,则此时该反应的v(N2)正=v(N2)逆(填写“>”.“=”或“<”)

分析 (1)①依据热化学方程式的书写方法分析书写;
②依据化学平衡计算生成氨气物质的量,结合热化学方程式计算Q1,若在同体积的容器中充入2mol N2和6molH2,可以看作在原来平衡中加入1mol氮气和3mol氢气,相当于增大压强,平衡正向进行计算分析达平衡后放出的热量为Q2kJ;
③依据反应焓变=反应物断裂化学键吸收的能量-生成物形成化学键放出的能量计算得到N-H键断裂吸收的能量;
(2)①对于放热反应,温度越高,平衡逆向移动,反应平衡常数越小;
②根据平衡状态的判断依据判断;
③化学平衡常数,正反应平衡常数和你反应的平衡常数互为倒数,根据浓度熵和平衡常数的关系来确定平衡的移动方向.

解答 解:(1)①合成塔中每每消耗3mol H2,放出92.2kJ热量,依据热化学方程式写出,标注物质聚集状态和对应反应放出的热量写出热化学方程式为:N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)△H=-92.2kJ/mol;
故答案为:N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)△H=-92.2kJ/mol;
②如图是N2和H2反应生成2mol NH3过程中能量变化示意图,反应焓变△H=335KJ/mol-427.2KJ/mol=-92.2KJ/mol,
N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)△H=-92.2KJ/mol
1       3       0
0.2    0.6    0.4
生成0.4mol氨气放热=$\frac{0.4mol}{2mol}$×92,2KJ=18.44KJ;
若在同体积的容器中充入2mol N2和6mol H2,可以看作在原来平衡中加入1mol氮气和3mol氢气,相当于增大压强,平衡正向进行达平衡后放出的热量Q2 大于2Q1;
故答案为:18.44;>;
③合成氨工业中:3H2+N2?2NH3,反应焓变=反应物断裂化学键吸收的能量-生成物形成化学键放出的能量=3×436+945.8-6×N-H键键能=-92.2,N-H键键能=391kJ,故答案为:391;
(2)①该反应正反应是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,生成物浓度减小,反应物浓度增大,所以K1>K2,故答案为:>;
②N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H<0,反应是气体体积减小的放热反应,则
a、容器内各物质的浓度之比等于计量数之比,不能证明正逆反应速率相等,故a错误;
b、不同物质的正逆反应速率之比等于其计量数之比是平衡状态,3υ(N2)(正)=υ(H2)(逆)是平衡状态,故b错误;
c、容器内压强不变,气体的物质的量不变,该反应达平衡状态,故c正确;
d、如果是在密闭容器中反应,质量不变,体积不变,密度始终不变,故d错误;
故答案为:c;
③400℃时,反应2NH3(g)?N2(g)+3H2(g)的化学平衡常数K的值和反应N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)的平衡常数呈倒数,所以K=$\frac{1}{0.5}$=2;
容器的体积为0.5L,N2、H2和NH3的物质的量分别为2mol、1mol、2mol时,400℃时,浓度商Qc=$\frac{{4}^{2}}{4×{2}^{3}}$=0.5<2,因此有v(N2)正>v(N2)逆;
故答案为:>.

点评 本题考查反应热的计算、化学平衡常数及影响因素、意义,反应速率计算等,题目难度中等,注意化学平衡常数大小说明反应进行程度,与反应难易无关、与反应速率无关.

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