Question

【題目】工業(yè)上通常采用N2(g)和H2(g)催化成NH3(g)：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=﹣92.4 kJmol﹣1。

（1）在一定溫度下，若將10amol N2和30amol H2放入2 L的密閉容器中，充分反應(yīng)后測得平衡時N2的轉(zhuǎn)化率為60%，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)為________（用含a的代數(shù)式表示）。若此時再向該容器中投入10amol N2、20amol H2和20amol NH3，判斷平衡移動的方向是______（填“正向移動”“逆向移動”或“不移動”）。

（2）若反應(yīng)起始時N2、H2、NH3的濃度分別為0.1 mol·L﹣1、0.3 mol·L﹣1、0.1 mol·L﹣1，則NH3達(dá)到平衡時濃度的范圍為_____；若平衡時N2、H2、NH3的濃度分別為0.1 mol·L﹣1、0.3 mol·L﹣1、0.1 mol·L﹣1，則NH3起始時濃度的范圍為_____。

（3）一定條件下，在容積相同的三個密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測得反應(yīng)達(dá)到平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如表：

容，測得反應(yīng)達(dá)到平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如表：

容器 反應(yīng)物投入量		甲	乙	丙
		1molN2、3molH2	2molNH3	4molNH3
平衡時數(shù)據(jù)	反應(yīng)能量變化的絕對值(kJ)	Q1	Q1	Q1
	反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率	a1	a2	a3
	體系壓強(Pa)	p1	p2	p3

則Q1+Q2=___kJ；a1+a2___l（填“＜”“＞”或“=”，下同），2p2___p3。

Answer 1

【答案】 正向移動 0 mol·L﹣1＜c(NH3)＜0.3 mol·L﹣1 0 mol·L﹣1≤c(NH3)≤0.3 mol·L﹣1 92.4 = ＞

【解析】

（1）利用三段法計算出平衡時各物質(zhì)的濃度，再計算平衡常數(shù)，然后利用Q與K的關(guān)系來分析平衡的移動；
（2）可假設(shè)反應(yīng)正向進(jìn)行或逆向進(jìn)行達(dá)到平衡，并結(jié)合可逆反應(yīng)的限度來判斷即可；
（3）甲容器反應(yīng)物投入1 mol N2、3 mol H2，乙容器反應(yīng)物投入量2 mol NH3，恒溫且乙容器容積和甲容器相同，則甲容器與乙容器是等效平衡；
甲容器反應(yīng)物投入1 mol N2、3 mol H2，丙容器反應(yīng)物投入量4 mol NH3，采用極限轉(zhuǎn)化法轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物為2 mol N2、6 mol H2，是甲中的二倍，如果恒溫且丙容器容積是甲容器2倍，則甲容器與丙容器也是等效平衡；所以丙所到達(dá)的平衡，可以看作在恒溫且容積是甲容器兩倍條件下，到達(dá)平衡后，再壓縮體積為與甲容器體積相等所到達(dá)的平衡；據(jù)此分析平衡移動。

（1）由將10amol N2和30amol H2放入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后測得N2的轉(zhuǎn)化率為60%，則轉(zhuǎn)化的N2的物質(zhì)的量為10a mol60%=6a mol，

，則平衡常數(shù)K==，故答案為：；

若此時再向該容器中投入10amol N2、20amol H2和20amol NH3，三者的濃度分別為：7a mol/L、16a mol/L、16a mol/L;則濃度商Qc==<K，此時平衡正向進(jìn)行；

故答案為：；正向移動；

（2） 若反應(yīng)起始時N2、H2、NH3的濃度分別為0.1 mol·L﹣1、0.3 mol·L﹣1、0.1 mol·L﹣1，假設(shè)反應(yīng)正向進(jìn)行，則N2的最大轉(zhuǎn)化濃度為0.1 mol·L﹣1，則NH3的變化濃度為0.2 mol·L﹣1，即平衡時NH3的濃度小于0.3 mol·L﹣1，假設(shè)反應(yīng)逆向進(jìn)行，則NH3的變化濃度最大為0.1mol/L，即平衡時NH3的最小濃度為大于0 mol·L﹣1，故NH3達(dá)到平衡時濃度的范圍為0 mol·L﹣1<c(NH3)<0.3 mol·L﹣1；若平衡時N2、H2、NH3的濃度分別為0.1 mol·L﹣1、0.3 mol·L﹣1、0.1 mol·L﹣1，如果反應(yīng)是從反應(yīng)物方向開始的，NH3的起始濃度為0 mol·L﹣1，如果反應(yīng)是生成物方向進(jìn)行的，生成0.1 mol·L﹣1N2時消耗NH3的濃度分別為0.05 mol·L﹣1，NH3的起始濃度為0.15mol/L，NH3起始時濃度的范圍為0 mol·L﹣1c(NH3)0.3 mol·L﹣1；

故答案為：0 mol·L﹣1＜c(NH3)＜0.3 mol·L﹣1；0 mol·L﹣1≤c(NH3)≤0.3 mol·L﹣1；

（3）甲投入1 mol N2、3 mol H2，乙中投入2 mol NH3，則甲與乙是完全等效的，根據(jù)蓋斯定律可知，甲與乙的反應(yīng)的能量變化之和為92.4 kJ，Q1+Q2=92.4；轉(zhuǎn)化率α1+α2=1；丙容器反應(yīng)物投入量4 mol NH3，是乙的二倍，若平衡不移動，丙中壓強為乙的二倍，由于丙中相當(dāng)于增大壓強，平衡向著向著正向移動，所以丙中壓強減小，小于乙的2倍，即2p2>p3；

故答案為：92.4；=；>。