Question

3．在恒温，体积为2L的密闭容器中通入1molN₂和xmolH₂，发生如下反应：N₂+3H₂?2NH₃．20min后达到平衡，测得反应放出的热量为18.4kJ，混合气体的物质的量为3.6mol，容器内的压强变为原来的90%．请回答下问题：
（1）x=3；
（2）20min内用NH₃表示的平均反应速率为0.01mol/（L．min），；
（3）该反应的热化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ/mol．
（4）提述条件下，下列叙述中能表示该反应达到平衡状态的是②⑤⑥（填序号）．
①单位时间内生成2nmolNH₃的同时消耗nmolN₂
②单位时间内断裂1molN≡N键的同时生成3molH-H键
③用N₂、H₂、NH₃表示的反应速率数值之比为1：3：2
④混合气体的密度不再改变
⑤混合气体的压强不再改变
⑥2v_正（H₂）=3v_逆（NH₃）

Answer 1

分析 （1）恒温恒容下，压强之比等于物质的量之比，据此计算反应前氮气、氢气总物质的量，进而计算氢气物质的量；
（2）设消耗的氮气为n mol，表示出平衡时各组分物质的量，再根据平衡时混合气体总物质的量列方程计算n，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NH₃）；
（3）计算1mol氮气反应放出的热量，注明物质的聚集状态与反应热书写热化学方程式；
（4）可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些物理量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡．

解答 解：（1）在恒温，体积为2L的密闭容器中通入1molN₂和xmolH₂，20min后达到平衡，混合气体的物质的量为3.6mol，容器内的压强变为原来的90%，则反应前混合气体总物质的量为$\frac{3.6mol}{90%}$=4mol，故氢气为4mol-1mol=3mol，即x=3，故答案为：3；
（2）设消耗的氮气为n mol，则：
             N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：1      3         0
变化量（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），
故答案为：0.01mol/（L．min）；
（3）1mol氮气反应放出的热量为18.4kJ×$\frac{1mol}{0.2mol}$=92kJ，热化学方程式为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ/mol，
故答案为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ/mol；
（4）①单位时间内生成2nmolNH₃的同时消耗nmolN₂，均表示正反应速率，反应始终按该比例关系进行，故错误；
②单位时间内断裂1molN≡N键的同时生成3molH-H键，而生成3molH-H键同时生成1molN≡N键，氮气的消耗速率与生成速率相等，说明到达平衡，故正确；
③用N₂、H₂、NH₃表示的反应速率数值之比为1：3：2，反应开始即按该比例关系进行，故错误；
④混合气体总质量不变，容器容积不变，混合气体的密度不始终不变，故错误；
⑤随反应进行混合气体总物质的量减小，恒温恒容下混合气体的压强随反应进行进行，而压强不再改变说到达平衡，故正确
⑥2v_正（H₂）=3v_逆（NH₃），不同物质表示的正逆速率之比等于化学计量数之比，反应到达平衡，故正确，
故选：②⑤⑥．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡状态判断、热化学方程式书写等，难度中等，注意平衡状态判断中判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡．