Question

氮元素可形成多种化合物，在工业生产中具有重要价值。 请回答下列问题：

（1）已知拆开1mol H－H 键，1mol N－H键， 1mol N≡N键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ，且该反应为可逆反应，则N₂与H₂反应合成NH₃的热化学方程式为_________。

（2）一定温度下，将一定量的N₂和H₂充入固定体积的密闭容器中进行合成氨反应，

①下列描述能说明该可逆反应达到化学平衡状态的有___________

A.容器内气体的密度不变        B.c(N₂)∶c(H₂)∶c(NH₃)=1∶3∶2

C.容器内的压强不变            D.3v_正(H₂) =2v_逆(NH₃)

E. 容器内气体的平均相对分子质量不变

F. 相同时间内有3molH-H键断裂，有6mol N-H键形成

②恒温恒压条件下，为提高合成氨反应中N₂和H₂的利用率，可以采用的方法有________________。

（3）一定温度下，2L密闭容器中充入0.40 mol N₂O₄，发生反应：N₂O₄(g)2NO₂(g)，一段时间后达到平衡，测得数据如下：

时间／s	20	40	60	80	100
c(NO2)/(mol/L)	0.12	0.20	0.26	0.30	0.30

①20s内，v(NO₂)=___________，该温度下反应的化学平衡常数数值为_________。

②升高温度时，气体颜色加深，则正反应是_________(填“放热”或“吸热”)反应。

③相同温度下，若开始向该容器中充入0.40 mol NO₂，则达到平衡后: c(NO₂)_____0.15 mol·L^-1(填“>”、 “=”或“<”)

Answer

N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH＝-92 kJ·mol－1CE及时将NH3冷却液化分离出去，及时将氮气和氢气进行循环利用0.006 mol·L-1·s-11.8吸热＞

【解析】

(1)在反应N2+3H2⇌2NH3中，断裂3molH-H键、1molN≡N键共吸收的能量为：3×436kJ+946kJ=2254kJ，生成2molNH3时共形成6molN-H键，放出的能量为：6×391kJ=2346kJ，吸收的能量少，放出的能量多，该反应为放热反应，放出的热量=2346kJ-2254kJ=92kJ，则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为：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)①A．该反应中混合气体质量、容器容积为定值，则混合气体的密度始终不变，不能根据混合气体的密度判断平衡状态，故A错误；B．c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2，无法判断各组分的浓度是否继续变化，则无法判断平衡状态，故B错误；C．该反应为气体体积缩小的反应，压强为变量，当容器内的压强不变，表明正逆反应速率相等，该反应达到平衡状态，故C正确；D.反应处于平衡时，2v正(H2)=3v逆(NH3)，故D错误；E. 该反应是气体的物质的量减小的反应，气体的物质的量为变量，根据=，容器内气体的平均相对分子质量不变，说明气体的总物质的量不变，能够说明达到平衡状态，故E正确；F．相同时间内有 3molH-H 键断裂，有 6molN-H 键形成，表示的都是正反应速率，无法判断正逆反应速率是否相等，故F错误；故答案为：C E；

② 恒温恒压条件下，为提高合成氨反应中N2和H2的利用率，须平衡向着正反应方向移动，可以采用的方法有及时将NH3冷却液化分离出去，及时将氮气和氢气进行循环利用等，故答案为：及时将NH3冷却液化分离出去，及时将氮气和氢气进行循环利用；

(3)①20s时NO2的浓度为0.12mol/L，则20s内用二氧化氮表示的平均反应速率v(NO2)==0.006mol•L-1•s-1，起始时c(N2O4)==0.2mol/L，根据表格数据，平衡时c(NO2)=0.3mol/L，则c(N2O4)=0.2mol/L-0.15mol/L=0.05mol/L，化学平衡常数K==1.8，故答案为：0.006 mol•L-1•s-1；1.8；

②升高温度时，气体颜色加深，说明升温后，平衡正向移动，则正反应为吸热反应，故答案为：吸热；

③相同温度下，若开始向该容器中充入0.40 mol NO2，相当于开始向该容器中充入0.20 mol N2O4，由于容器体积不变，则相当于减小压强，平衡正向移动，因此则达到平衡后: c(NO2)大于原来的一半，即c(NO2)＞0.15 mol·L-1，故答案为：＞。