Question

(12分)150 ℃時(shí)，向如圖所示的容器(密封的隔板可自由滑動，整個(gè)過程中保持隔板上部壓強(qiáng)不變)中加入4 L N₂和H₂的混合氣體，在催化劑作用下充分反應(yīng)(催化劑體積忽略不計(jì))，反應(yīng)后恢復(fù)到原溫度。平衡后容器體積變?yōu)?.4 L，容器內(nèi)氣體對相同條件的氫氣的相對密度為5。

(1)反應(yīng)前混合氣體中V(N₂)?：V(H₂)＝____________；反應(yīng)達(dá)平衡后V(NH₃)＝____________L；該反應(yīng)中N₂轉(zhuǎn)化率為____________。
(2)向平衡后的容器中充入0．2 mol的NH₃，一段時(shí)間后反應(yīng)再次達(dá)到平衡，恢復(fù)到150 ℃時(shí)測得此過程中從外界吸收了6．44 kJ的熱量。
①充入NH₃時(shí)，混合氣體的密度將____________，在達(dá)到平衡的過程中，混合氣體的密度將____________(填“增大”、“減小”或“不變”)。反應(yīng)重新達(dá)平衡的混合氣體對氫氣的相對密度將____________5(填“＞”、“＜”或“＝”)。
②下列哪些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或數(shù)據(jù)能說明反應(yīng)重新到達(dá)了平衡____________。

A．容器不再與外界發(fā)生熱交換

B．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變

C．當(dāng)V(N2)?：V(H2)：?V(NH3)＝1：?3?：2時(shí)

D．當(dāng)容器的體積不再發(fā)生變化時(shí)

③寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：__________________________________。

Answer 1

(1)1︰3　0．6　30%      (2)①增大　減小　＝�、贏、B、D
③N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)　ΔH＝－92 kJ·mol^－1

（1）設(shè)反應(yīng)前混合氣體中氮?dú)獾捏w積是x，則氫氣是4－x。平衡后，氣體體積減少了0.6L，所以根據(jù)反應(yīng)式N₂＋3H₂2NH₃可知，參加反應(yīng)的氮?dú)馐?.3L，氫氣是0.9L，生成氨氣是0.6L。所以平衡時(shí)氮?dú)馐莤－0.3，氫氣是3.1－x。又因?yàn)槿萜鲀?nèi)氣體對相同條件的氫氣的相對密度為5，所以有，解得x＝1L
所以氮?dú)夂蜌錃獾捏w積之比是1︰3；反應(yīng)中氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率是0.3÷1＝0.3，即30％。
（2）①氨氣的相對分子質(zhì)量是17，所以混合氣的平均相對分子質(zhì)量增大，所以密度增大。氮?dú)夂蜌錃獾捏w積是1︰3時(shí)，混合氣的平均相對分子質(zhì)量是，由于反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，因此混合氣的平均相對分子質(zhì)量是減小，則密度也是減小的。但由于反應(yīng)是壓強(qiáng)不變的，因此平衡是等效的，即反應(yīng)重新達(dá)平衡的混合氣體對氫氣的相對密度等于5。
②在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時(shí)（但不為0），反應(yīng)體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學(xué)平衡狀態(tài)。所以A、B、D都是可以說明的。平衡時(shí)濃度不再發(fā)生變化，但物質(zhì)之間的濃度不一定相等或滿足某種關(guān)系，所以選項(xiàng)C不正確，答案選ABD。
③由于平衡是等效的，所以氨氣的轉(zhuǎn)化率是70％，則消耗氨氣是0.14mol，所以該反應(yīng)的反應(yīng)熱是6.44kJ÷0.07molkJ·mol^－1，所以該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)　ΔH＝－92 kJ·mol^－1。