Question

3．在恒溫，體積為2L的密閉容器中通入1molN₂和xmolH₂，發(fā)生如下反應：N₂+3H₂?2NH₃．20min后達到平衡，測得反應放出的熱量為18.4kJ，混合氣體的物質的量為3.6mol，容器內的壓強變?yōu)樵瓉淼?0%．請回答下問題：
（1）x=3；
（2）20min內用NH₃表示的平均反應速率為0.01mol/（L．min），；
（3）該反應的熱化學方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ/mol．
（4）提述條件下，下列敘述中能表示該反應達到平衡狀態(tài)的是②⑤⑥（填序號）．
①單位時間內生成2nmolNH₃的同時消耗nmolN₂
②單位時間內斷裂1molN≡N鍵的同時生成3molH-H鍵
③用N₂、H₂、NH₃表示的反應速率數(shù)值之比為1：3：2
④混合氣體的密度不再改變
⑤混合氣體的壓強不再改變
⑥2v_正（H₂）=3v_逆（NH₃）

Answer 1

分析 （1）恒溫恒容下，壓強之比等于物質的量之比，據(jù)此計算反應前氮氣、氫氣總物質的量，進而計算氫氣物質的量；
（2）設消耗的氮氣為n mol，表示出平衡時各組分物質的量，再根據(jù)平衡時混合氣體總物質的量列方程計算n，再根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NH₃）；
（3）計算1mol氮氣反應放出的熱量，注明物質的聚集狀態(tài)與反應熱書寫熱化學方程式；
（4）可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些物理量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡．

解答 解：（1）在恒溫，體積為2L的密閉容器中通入1molN₂和xmolH₂，20min后達到平衡，混合氣體的物質的量為3.6mol，容器內的壓強變?yōu)樵瓉淼?0%，則反應前混合氣體總物質的量為$\frac{3.6mol}{90%}$=4mol，故氫氣為4mol-1mol=3mol，即x=3，故答案為：3；
（2）設消耗的氮氣為n mol，則：
             N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：1      3         0
變化量（mol）：n      3n        2n
平衡量（mol）：1-n    3-3n      2n
所以：1-n+3-3n+2n=3.6，解得n=0.2，v（NH₃）=$\frac{\frac{0.4mol}{2L}}{20min}$=0.01mol/（L．min），
故答案為：0.01mol/（L．min）；
（3）1mol氮氣反應放出的熱量為18.4kJ×$\frac{1mol}{0.2mol}$=92kJ，熱化學方程式為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ/mol，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ/mol；
（4）①單位時間內生成2nmolNH₃的同時消耗nmolN₂，均表示正反應速率，反應始終按該比例關系進行，故錯誤；
②單位時間內斷裂1molN≡N鍵的同時生成3molH-H鍵，而生成3molH-H鍵同時生成1molN≡N鍵，氮氣的消耗速率與生成速率相等，說明到達平衡，故正確；
③用N₂、H₂、NH₃表示的反應速率數(shù)值之比為1：3：2，反應開始即按該比例關系進行，故錯誤；
④混合氣體總質量不變，容器容積不變，混合氣體的密度不始終不變，故錯誤；
⑤隨反應進行混合氣體總物質的量減小，恒溫恒容下混合氣體的壓強隨反應進行進行，而壓強不再改變說到達平衡，故正確
⑥2v_正（H₂）=3v_逆（NH₃），不同物質表示的正逆速率之比等于化學計量數(shù)之比，反應到達平衡，故正確，
故選：②⑤⑥．

點評 本題考查化學平衡計算、平衡狀態(tài)判斷、熱化學方程式書寫等，難度中等，注意平衡狀態(tài)判斷中判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡．