Question

【題目】氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用，合成氨工業(yè)在國(guó)民生產(chǎn)中有重要意義。以下是關(guān)于合成氨的有關(guān)問題，請(qǐng)回答：

(1)若在一容積為2 L的密閉容器中加入0.2 mol的N2和0.6 mol的H2在一定條件下發(fā)生反應(yīng): N2(g) +3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，若在5分鐘時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)測(cè)得NH3的物質(zhì)的量為0.2 mol。則前5分鐘的平均反應(yīng)速率v(N2)=___________。平衡時(shí)H2的轉(zhuǎn)化率為__________。

(2)平衡后，若提高H2的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施有____________________。

A.加了催化劑

B.增大容器體積

C.降低反應(yīng)體系的溫度

D.加入一定量N2

(3)若在0.5 L的密閉容器中，一定量的氮?dú)夂蜌錃膺M(jìn)行如下反應(yīng)：

N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，其化學(xué)平衡常數(shù)K與溫度T的關(guān)系如表所示：

T/℃	200	300	400
K	K1	K2	0.5

請(qǐng)完成下列問題：

①試比較K1、K2的大小，K1_________________K2（填“<”“>”或“＝” ）；

②下列各項(xiàng)能作為判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是_______（填序號(hào)字母）

A.容器內(nèi)N2、H2、NH3的物質(zhì)的量濃度之比為1:3:2

B.v(H2)正＝3v(N2)逆

C.容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變

D.混合氣體的密度保持不變

③400℃時(shí)，反應(yīng)2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的化學(xué)平衡常數(shù)為_______。當(dāng)測(cè)得NH3、N2和H2物質(zhì)的量分別為3 mol、2 mol和 1 mol時(shí)，則該反應(yīng)的v(N2)正________v(N2)逆（填“<”“>”或“＝”）。

Answer 1

【答案】0.01mol/(L.min) 50% CD ＞ BC 2 ＞

【解析】

本題主要考查化學(xué)平衡的相關(guān)知識(shí)。

(1)根據(jù)題意可用反應(yīng)速率公式計(jì)算氨氣的反應(yīng)速率，再根據(jù)反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比計(jì)算v(N2);利用濃度變化量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比,計(jì)算反參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量,據(jù)此計(jì)算轉(zhuǎn)化率；

(2)平衡后，若提高H2的轉(zhuǎn)化率，需平衡正向移動(dòng)，應(yīng)從影響平衡的因素考慮，如改變濃度、溫度、壓強(qiáng)等；

(3)根據(jù)平衡狀態(tài)的判斷根據(jù)判斷,N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，正反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)；化學(xué)平衡常數(shù),正反應(yīng)平衡常數(shù)和逆反應(yīng)的平衡常數(shù)互為倒數(shù),根據(jù)濃度商和平衡常數(shù)的關(guān)系來確定平衡的移動(dòng)方向。

(1)5min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡， ,所以，根據(jù)反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比,則前5分鐘的平均反應(yīng)速率；5分鐘時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，根據(jù)方程式N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 可知生成0.2 mol氨氣消耗氫氣的物質(zhì)的量為0.3mol，所以氫氣的轉(zhuǎn)化率為0.3mol÷0.6mol×100%=50%；

(2)若提高H2的轉(zhuǎn)化率，需要平衡正向移動(dòng)，則：

A.加入催化劑，只能改變反應(yīng)速率，不改變平衡移動(dòng)，因此不能提高氫氣的轉(zhuǎn)化率，故A不符合題意；

B.該反應(yīng)正反應(yīng)是一個(gè)氣體體積減小的反應(yīng)，增大容器體積，即減小壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，降低了氫氣的轉(zhuǎn)化率，故B不符合題意；

C.該反應(yīng)ΔH<0，即為放熱反應(yīng)，降低反應(yīng)體系的溫度，平衡正向移動(dòng)，可提高氫氣的轉(zhuǎn)化率，故C符合題意；

D.加入一定量N2，可促進(jìn)平衡正向移動(dòng)，可提高氫氣的轉(zhuǎn)化率，故D符合題意；

綜上所述，本題應(yīng)選CD；

(3)①該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),生成物濃度減小,反應(yīng)物濃度增大,則K1＞K2；

②反應(yīng)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0的正反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng),則

A.平衡濃度之比和起始量和變化量有關(guān),容器內(nèi)各物質(zhì)的濃度之比等于計(jì)量數(shù)之比,不能證明正逆反應(yīng)速率相等,故A錯(cuò)誤;
B.不同物質(zhì)的正逆反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比是平衡狀態(tài),v(H2)正＝3v(N2)逆，說明氫氣的正逆反應(yīng)速率相同，是平衡狀態(tài),故B正確;
C.反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量變化,當(dāng)容器內(nèi)壓強(qiáng)不變,氣體的物質(zhì)的量不變,該反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài),故C正確;
D.如果是在密閉容器中反應(yīng),質(zhì)量不變,體積不變,密度始終不變,故D錯(cuò)誤;
因此，本題應(yīng)選BC；
③400℃時(shí),反應(yīng)2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的化學(xué)平衡常數(shù)K的值和反應(yīng)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的平衡常數(shù)呈倒數(shù)關(guān)系,所以K= =2；
當(dāng)測(cè)NH3、N2和H2物質(zhì)的量分別為3 mol、2 mol和 1 mol時(shí)，此時(shí)的濃度商 ＜K=2，說明反應(yīng)正向進(jìn)行，則v(N2)正＞v(N2)逆。