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【题目】某温度时,在2L的密闭容器中,XYZ(均为气体)三种物质的量随时间的变化曲线如图所示。

(1)由图中所给数据进行分析,该反应的化学方程式为__________

(2)若上述反应中XYZ分别为H2N2 NH3,某温度下,在容积恒定为2.0L的密闭容器中充入2.0molN22.0molH2,一段时间后反应达平衡状态,实验数据如下表所示:

t/s

0

50

150

250

350

n(NH3)

0

0.24

0.36

0.40

0.40

0~50s内的平均反应速率 v(N2) = __________250s时,H2的转化率为____________

(3)已知:键能指在标准状况下,将1mol气态分子ABg)解离为气态原子Ag),Bg)所需的能量,用符号E表示,单位为kJ/mol的键能为946kJ/molH-H的键能为436kJ/molN-H的键能为391kJ/mol,则生成1molNH3过程中___(填吸收放出)的能量为____ 反应达到(2)中的平衡状态时,对应的能量变化的数值为____kJ

(4)反应达平衡时容器内混合气体的平均相对分子质量比起始时____(填增大、减小或不变),混合气体密度比起始时______(填增大、减小或不变)。

(5)为加快反应速率,可以采取的措施是_______

a.降低温度 b.增大压强 c.恒容时充入He

d.恒压时充入He e.及时分离NH3

【答案】3X+Y2Z 1.2×10-3mol/(L·s ) 30% 放出 46 kJ 18.4 增大 不变 b

【解析】

(1)从图像分析,反应中XY的物质的量减小,Z的物质的量增多,则XY为反应物,Z为生成物,当反应到达2min时,△n(X)=0.3mol,△n(Y)=0.1mol,△n(Z)=0.2mol,化学反应中,各物质的物质的量的变化值与化学计量数呈正比,则△n(X):△n(Y):△n(Z)= 3: 1: 2

(2) 0~50s内的平均反应速率 v(NH3) =,因此v(N2)= 250s时,生成了氨气0.4mol,反应的氢气的物质的量为0.6mol,计算H2的转化率;

(3)已知N=N的键能为946kJ/molH-H 的键能为436kJ/molN-H 的键能为39 1kJ/mol,根据N2 + 3H2 2NH3,反应的△H=(946kJ/mol+3×436kJ/mol)-6×391kJ/mol=-92 kJ/mol,因此生成1molNH3过程中的热量变化为×92 kJ =46 kJ,该反应为放热反应,反应达到(2)中的平衡状态时,生成氨气0.4mol,对应的能量变化为0.4mol ×46KJ = 18.4 kJ

(4)反应过程中,物质的总质量不变,但物质的量在不断减小,所以平均相对分子质量在不断增大;物质的总质量不变,容器的总体积不变,所以密度不变;

(5)根据影响化学反应速率因素进行分析作答。

(1)从图像可以看出,反应中XY的物质的量减小,Z的物质的量增多,则XY为反应物,Z为生成物,当反应到达2min时,△n(X)=0.3mol,△n(Y)=0.1mol,△n(Z)=0.2mol,化学反应中,各物质的物质的量的变化值与化学计量数呈正比,则△n(X):△n(Y):△n(Z)= 3: 1: 2,所以反应的化学方程式为:3X+Y2Z,故答案为:3X+Y2Z

(2) 0~50s内的平均反应速率 v(NH3) =,因此v(N2)= 1.2×10-3mol/(L·s )250s时,生成了氨气0.4mol,反应的氢气的物质的量为0.6molH2的转化率为×100%=30%,故答案为:1.2×10-3mol/(L·s )30%

(3)已知N=N的键能为946kJ/molH-H 的键能为436kJ/molN-H 的键能为39 1kJ/mol,根据N2 + 3H2 2NH3,反应的△H=(946kJ/mol+3×436kJ/mol)-6×391kJ/mol=-92kJ/mol,因此生成1molNH3过程中的热量变化为×92 kJ =46 kJ,该反应为放热反应,反应达到(2)中的平衡状态时,生成氨气0.4mol,对应的能量变化为0.4mol ×46kJ = 18.4 kJ,故答案为:放出;46 kJ18.4

(4)反应过程中,物质的总质量不变,但物质的量在不断减小,所以平均相对分子质量在不断增大;物质的总质量不变,容器的总体积不变,所以密度不变,故答案为:增大;不变;

(5) a.降低温度,反应速率减慢,错误;b.增大压强,反应速率加快,正确;c.恒容时充入He气,反应物的浓度不变,反应速率不变,错误;d.恒压时充入He气,反应物的浓度减小,反应速率减慢。错误;e.及时分离NH3,生成物的浓度减小,反应速率减慢,故答案为b

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停止通气后,再给B、D两个试管分别加热,两个试管中的现象分别为B: ,D:

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