Question

4．目前工業(yè)合成氨的原理是：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ/mol  回答下列問題：
（1）在恒溫恒容密閉容器中進行的工業(yè)合成氨反應，下列能表示達到平衡狀態(tài)的是AB．
A．反應容器中N₂、NH₃的物質(zhì)的量的比值不再發(fā)生變化
B．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再發(fā)生變化
C．三種物質(zhì)的濃度比恰好等于化學方程式中各物質(zhì)的化學計量數(shù)之比
D．單位時間內(nèi)斷開3a個H-H鍵的同時形成6a個N-H鍵
（2）理論上，為了增大平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是AD．
A．增大壓強        B．使用合適的催化劑
C．升高溫度        D．及時分離出產(chǎn)物中的NH₃
（3）如圖為合成氨反應在使用相同的催化劑，不同溫度和壓強條件下進行反應，初始時N₂和H₂的體積比為1：3時的平衡混合物中氨的體積分數(shù)，分別用v_A（NH₃）和v_B（NH₃）表示從反應開始到平衡狀態(tài)A、B時的反應速率，則v_A（NH₃）＜v_B（NH₃）（填“＞”、“＜”或“=”），該反應的平衡常數(shù)K_A＞K_B（填“＞”、“＜”或“=”），在250℃、1.0×10⁴kPa下達到平衡，H₂的轉(zhuǎn)化率為66.7%（計算結(jié)果保留小數(shù)點后一位）

Answer 1

分析 （1）達到平衡時，正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，以此衍生的一些物理量也不變，以此判斷是否達到平衡狀態(tài)；
（2）為了提高氫氣的轉(zhuǎn)化率，應使平衡向正反應移動，結(jié)合反應的特點分析選項判斷平衡移動的方向，然后進行判斷；
（3）溫度越大，壓強越大，反應速率越大；平衡常數(shù)只受溫度的影響，升高溫度平衡向吸熱方向移動，吸熱反應平衡常數(shù)增大．

解答 解：（1）A．混合氣體的壓強不再發(fā)生變化，在恒溫恒容密閉容器中，因為合成氨是氣體分子數(shù)目減小的反應，混合氣體的壓強不再發(fā)生變化，說明達到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．反應前后氣體的物質(zhì)的量不相等，混合氣體的相對分子質(zhì)量不再發(fā)生變化，可說明氣體的總物質(zhì)的量不變，說明達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．三種物質(zhì)的濃度比恰好等于化學方程式中各物質(zhì)的化學計量數(shù)之比，三種物質(zhì)的濃度比恰好等于化學方程式中各物質(zhì)的化學計量數(shù)之比可能只是某一時刻的比值，不能證明是否達到平衡，故C錯誤；
D．無論是否達到平衡狀態(tài)，都存在單位時間內(nèi)斷開3a個H-H鍵的同時形成6a個N-H鍵，不能說明達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故選：AB，
故答案為：AB．
（2）A．增大壓強，平衡向正方向移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率提高，故A正確；
B．催化劑只能夠同等程度加快反應速率，但是平衡不移動，氫氣轉(zhuǎn)化率不變，故B錯誤；
C．合成氨為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率降低，故C錯誤；
D．及時分離出產(chǎn)物中的NH₃，減少生成物濃度，平衡正向移動，氫氣轉(zhuǎn)化率提高，故D正確；
故選：AD，
故答案為：AD．
（3）溫度越大，壓強越大，反應速率越大，由圖可知，B對應的溫度、壓強大，則反應速率大；合成氨的反應是放熱的，所以溫度升高，速率加快，反應的平衡常數(shù)減小，因為A點溫度低，所以k_A＞k_B；
在250℃、1.0×10⁴kPa下達到平衡，氨氣的體積分數(shù)是50%，則設N₂的轉(zhuǎn)化量為x，
       N₂+3H₂?2NH₃，
初始量：1   3       0
變化量：x   3x     2x
平衡量：1-x 3-3x   2x
$\frac{2x}{1-x+3-3x+2x}$=50%，
解得x=$\frac{2}{3}$，
氫氣的轉(zhuǎn)化率=$\frac{\frac{2}{3}×3}{3}$×100%=66.7%；
故答案為：＜；＞；66.7．

點評 本題考查化學平衡圖象、反應速率計算、化學平衡常數(shù)、化學平衡狀態(tài)判斷等，側(cè)重于學生的分析能力和計算能力的考查，題目難度中等，熟練掌握化學平衡理論知識是解題關鍵．