Question

9．在3個(gè)2L的密閉容器中，在相同的溫度下、使用相同的催化劑分別進(jìn)行反應(yīng)：3H₂（g）+N₂（g） $\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃（g）．按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)有關(guān)數(shù)據(jù)如表：

容器	甲	乙	丙
反應(yīng)物的投入量	3molH2、2molN2	6molH2、4molN2	2molNH3
平衡時(shí)N2的濃度/mol•L-1	c1	1.5
NH3的體積分?jǐn)?shù)		ω2	ω3
混合氣體的密度/g•L-1	ρ1		ρ3

下列說法正確的是（　　）

• A． 2c₁＜1.5
• B． ρ₁=ρ₃
• C． ω₂=2ω₃
• D． 在該溫度下甲容器中反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{（2-2{c}_{1}）^{2}}{{c}_{1}（3c-1.5）^{3}}$

Answer 1

分析 A．先計(jì)算氮?dú)獾姆磻?yīng)速率，再根據(jù)同一可逆反應(yīng)同一時(shí)間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比計(jì)算氫氣反應(yīng)速率；
B．反應(yīng)前后都是氣體，容器的容積都是2L，判斷甲和丙中混合氣體的質(zhì)量，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$分析；
C．先將丙中的數(shù)據(jù)按照化學(xué)計(jì)量數(shù)轉(zhuǎn)化成反應(yīng)物氮?dú)�、氫氣的物質(zhì)的量，然后利用等效平衡知識進(jìn)行分析；
D．甲容器中，反應(yīng)前氫氣濃度為c（H₂）=$\frac{3}{2}$mol/L=1.5mol/L，氮?dú)獾臐舛葹?\frac{2}{2}$mol/L=1mol/L，達(dá)到平衡時(shí)氮?dú)獾臐舛茸兓癁椋?-c₁）mol/L，
由化學(xué)平衡的三段式可得：
                        3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）
反應(yīng)前（mol/L）：1.5        1             0
濃度變化：（mol/L）：3（1-c₁）  （1-c₁）    2（1-c₁）
反應(yīng)后：（mol/L）：1.5-3（1-c₁） 1-（1-c₁） 2（1-c₁）
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；

解答 解：A．恒溫、恒容條件下，假設(shè)乙容器的容積為4L，則達(dá)到平衡時(shí)甲乙為等效平衡，各組分的含量、濃度相等，此時(shí)氮?dú)獾臐舛葹閏₁，然后將容器的容積縮小到2L，若平衡不移動(dòng)，2c₁=1.5mol/L，由于壓強(qiáng)增大，平衡向著正向移動(dòng)，氨氣的濃度增大，所以2c₁＞1.5mol/L，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)前后都是氣體，容器的容積都是2L，甲和丙中混合氣體的質(zhì)量不等，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$可知：ρ₁≠ρ₃，故B錯(cuò)誤；
C．丙中起始時(shí)NH₃的物質(zhì)的量為2mol，相當(dāng)于1molN₂和3molH₂，而乙起始狀態(tài)可看成是2molN₂和6molH₂形成平衡狀態(tài)的基礎(chǔ)上再加入2molN₂，
其中2molN₂和6molH₂可看成2個(gè)1molN₂和3molH₂平衡狀態(tài)在恒容條件下加合，平衡正向移動(dòng)，則ω₂≠ω₃，根據(jù)勒夏特列原理可知，ω₂≠2ω₃，故C錯(cuò)誤；
D．甲容器中，反應(yīng)前氫氣濃度為c（H₂）=$\frac{3}{2}$mol/L=1.5mol/L，氮?dú)獾臐舛葹?\frac{2}{2}$mol/L=1mol/L，達(dá)到平衡時(shí)氮?dú)獾臐舛茸兓癁椋?-c₁）mol/L，
由化學(xué)平衡的三段式可得：
                       3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）
反應(yīng)前（mol/L）：1.5        1             0
濃度變化：（mol/L）：3（1-c₁）   （1-c₁）    2（1-c₁）
反應(yīng)后：（mol/L）：1.5-3（1-c₁）   c₁       2（1-c₁）
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{[2（1-{c}_{1}）]^{2}}{{c}_{1}×[1.5-3（1-{c}_{1}）]^{3}}$=$\frac{（2-2{c}_{1}）^{2}}{{c}_{1}×（3{c}_{1}-1.5）^{3}}$，故D正確；
 
故選：D．

點(diǎn)評 本題以化學(xué)平衡移動(dòng)原理為載體考查平衡狀態(tài)判斷、等效平衡、化學(xué)平衡計(jì)算等知識點(diǎn)，側(cè)重考查基本理論，難點(diǎn)構(gòu)建等效平衡，然后利用外界條件對平衡的影響分析解答，題目難度中等．