Question

工業(yè)合成氨反應(yīng)：N₂+3H₂ 2NH₃，在一定條件下已達(dá)到平衡狀態(tài)．
（1）若降低溫度，會(huì)使上述平衡向生成氨的方向移動(dòng)，生成每摩爾氨的反應(yīng)熱數(shù)值是46.2KJ/mol，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）△H=-92.4KJ/mol

．
（2）若在恒溫條件下，將N₂與H₂按一定比例混合的氣體通入一個(gè)容積為2升固定容積的密閉容器中，5分鐘后反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，n（N₂）=1.2mol，n（H₂）=1.2mol，n （NH₃）=0.8mol，則反應(yīng)速率V（N₂）=

0.04

mol?L^-1?min^-1，H₂的轉(zhuǎn)化率=

50%

，平衡常數(shù)=

1.23（mol/L）^-2

．若保持容器的溫度和容積不變，將上述平衡體系中的混合氣體的濃度增大1倍，則平衡

向右

（填向左﹑向右或不移動(dòng)）移動(dòng)．
（3）若在恒溫恒壓條件下，將1molN₂與3molH₂的混合氣體通入一個(gè)容積可變的容器中發(fā)生反應(yīng)，達(dá)平衡后，生成a molNH₃，這時(shí)N₂的物質(zhì)的量為

2-a

2

mol，（用含a的代數(shù)式表示）；若開始時(shí)只通入N₂與H₂，達(dá)平衡時(shí)生成3amolNH₃，則開始時(shí)應(yīng)通入N₂3mol，H₂=

9

mol（平衡時(shí)NH₃ 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與前者相同）；若開始時(shí)通入x molN₂﹑6molH₂ 和2mol NH₃，達(dá)平衡后，N₂和NH₃的物質(zhì)的量分別為y mol和3a mol，則x=

2

mol，y=

6-3a

2

mol（用含a的代數(shù)式表示）

Answer 1

分析：（1）降低溫度，平衡向生成氨的方向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，然后標(biāo)明物質(zhì)的狀態(tài)、反應(yīng)熱的正負(fù)號(hào)、數(shù)值、單位來書寫熱化學(xué)方程式；
（2）先計(jì)算氨氣平衡時(shí)的物質(zhì)的量計(jì)算氮?dú)夥磻?yīng)的物質(zhì)的量，再計(jì)算其反應(yīng)速率，根據(jù)起始量和平衡時(shí)的量來計(jì)算物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)，并利用濃度增大來分析平衡的移動(dòng)；
（3）先利用達(dá)平衡后，生成amolNH₃，計(jì)算參加反應(yīng)的物質(zhì)的物質(zhì)的量，可計(jì)算出平衡時(shí)氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量；根據(jù)溫度不變，利用極限轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物的物質(zhì)的量與起始量的關(guān)系及平衡時(shí)NH₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都相同來計(jì)算．

解答：解：（1）因降低溫度，平衡向生成氨的方向移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，生成2molNH₃的△H=-46.2KJ/mol×2=-92.4KJ/mol，則熱化學(xué)方程式為N₂（g）+3H₂（g） 2NH₃（g）△H=-92.4KJ/mol，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g） 2NH₃（g）△H=-92.4KJ/mol；
（2）5分鐘后反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，n（N₂）=1.2mol，n（H₂）=1.2mol，n （NH₃）=0.8mol，
設(shè)參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為x，則參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為3x，則
N₂+3H₂ 2NH₃，
1  3            2
x  3x           0.8mol

1

x

=

2

0.8mol

，x=0.4mol，
反應(yīng)速率V（N₂）=

0.4mol

2L 5min

=0.04mol/L．mim，
氫氣的轉(zhuǎn)化率為

3×0.4mol

3×0.4mol+1.2mol

×100%=50%，
平衡時(shí)的濃度分別為c（N₂）=0.6mol/L、c（H₂）=0.6mol/L，c （NH₃）=0.4mol/L，
則平衡常數(shù)K=

(0.4mol/L)2

0.6mol/L×(0.6mol/L)3

=1.23（mol/L）^-2，
上述平衡體系中的混合氣體的濃度增大1倍，相當(dāng)于縮小體積，則壓強(qiáng)增大，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，即向右移動(dòng)，
故答案為：0.04；50%；1.23（mol/L）^-2；向右；
（3）設(shè)生成amolmolNH₃轉(zhuǎn)化的N₂的物質(zhì)的量為y，則
N₂+3H₂ 2NH₃，
1               2
x               amol

1

x

=

2

amol

，x=

a

2

mol，
則平衡時(shí)氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為1mol-

a

2

mol=

2-a

2

mol，
又在恒溫恒壓條件1molN₂與3molH₂的混合氣體通入一個(gè)容積可變的容器中發(fā)生反應(yīng)，達(dá)平衡后，生成a molNH₃，
則只通入N₂與H₂，達(dá)平衡時(shí)生成3amolNH₃，則開始時(shí)應(yīng)通入N₂3mol，且平衡時(shí)NH₃ 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與前者相同，
及極限轉(zhuǎn)化后起始的量與原起始量成正比，故H₂的物質(zhì)的量為3mol×3=9mol，
若開始時(shí)通入x molN₂﹑6molH₂和2molNH₃，將2molNH₃極限轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物，則相當(dāng)于開始加入（x+1）molN₂﹑（6+3）molH₂，
達(dá)平衡后，NH₃的物質(zhì)的量3amol，
則（x+1）mol：（6+3）mol=1：3，解得x=2mol，
由恒溫恒壓條件，兩種情況中起始的反應(yīng)物的物質(zhì)的量成正比，則平衡時(shí)各物質(zhì)的含量成正比，
則1molN₂與3molH₂的混合氣體通入發(fā)生反應(yīng)時(shí)平衡時(shí)氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為

2-a

2

mol，
故開始時(shí)通入2molN₂﹑6molH₂和2molNH₃的混合氣體通入發(fā)生反應(yīng)時(shí)平衡時(shí)氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為

2-a

2

mol×3=

6-3a

2

mol，
故答案為：

2-a

2

；9；2；

6-3a

2

．

點(diǎn)評(píng)：本題較難，考查化學(xué)平衡中等效平衡的計(jì)算，明確溫度與壓強(qiáng)不變時(shí)，起始反應(yīng)物的量成正比則平衡等效是解答本題的關(guān)鍵．