Question

【題目】NH3水溶液呈弱堿性，并可用作農(nóng)業(yè)化肥，現(xiàn)進行下列研究：現(xiàn)將一定量的H2和N2充入10L的密閉容器中，在一定條件下使其發(fā)生反應，有關H2、N2、NH3三者的物質(zhì)的量的變化與時間的關系如圖所示：

（1）若t1=10min，則0至t1時間內(nèi)H2的反應速率為_________；

（2）下列幾種情形中可以證明合成氨的反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)已達平衡狀態(tài)的是_____。

①單位時間內(nèi)生成nmolN2的同時生成2nmolNH3；

②1個N≡N鍵斷裂的同時，有6個N—H鍵形成；

③1個N≡N鍵斷裂的同時，有3個H—H鍵形成；

④混合氣體的壓強不再改變的狀態(tài)；

⑤混合氣體的密度不再改變的狀態(tài)；

⑥混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變的狀態(tài)。

（3）根據(jù)圖中曲線變化情況判斷，t1時刻改變的反應條件可能是_____（填字母）

a．加入了催化劑 b．降低了反應的溫度 c．縮小容器體積增大壓強

（4）t2時刻后反應達平衡，N2總共的轉(zhuǎn)化率為______。

（5）在t1時刻對應的反應條件下，該反應的平衡常數(shù)是______。

Answer 1

【答案】0.0015mol/(L·min) ①③④⑥ c 50% 426.7

【解析】

根據(jù)圖像可知，氫氣、氮氣的初始物質(zhì)的量分別為0.40mol、0.20mol，反應在t1時達到平衡狀態(tài)，平衡時，氫氣、氮氣、氨氣的物質(zhì)的量分別為0.25mol、0.15mol、0.10mol；t1時改變外界條件平衡正向移動。

N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)

初始： 0.20 0.40 0

反應1：0.05 0.15 0.10

平衡1：0.15 0.25 0.10

反應2：0.05 0.15 0.10

平衡2：0.10 0.10 0.20

（1）若t1=10min，0至t1時間內(nèi)H2的量變化為0.15mol，v（H2）=0.15mol/（10L×10min）=0.0015mol/(L·min)；

（2）①單位時間內(nèi)生成nmolN2，則必然消耗2nmolNH3，若同時又生成2nmolNH3，正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)，①正確；

②1個N≡N鍵斷裂，必然有6個N—H鍵形成，反應時按此比例進行，無法判斷是否達到平衡狀態(tài)，②錯誤；

③1個N≡N鍵斷裂，必然有3個H—H也斷裂，若同時有3個H—H鍵形成，則同一物質(zhì)的反應方向相反，量相同，達到平衡狀態(tài)，③正確；

④反應體系中，可逆號兩邊氣體計量數(shù)不同，若達到平衡狀態(tài)時，氣體的物質(zhì)的量不再改變，容器為恒容，則混合氣體的壓強不再改變的狀態(tài)，壓強可作為判斷是否達到平衡狀態(tài)的依據(jù)，④正確；

⑤反應體系中，反應物與生成物均為氣體，則混合氣體的質(zhì)量自始至終不變，而容積固定，則密度一直不變，混合氣體的密度不能作為判斷是否平衡的依據(jù)，⑤錯誤；

⑥反應體系中，反應物與生成物均為氣體，則混合氣體的質(zhì)量自始至終不變，若達到平衡時，氣體的物質(zhì)的量不再改變，則混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變，平均摩爾質(zhì)量可作為判斷是否達到平衡狀態(tài)的依據(jù)，⑥正確；

答案為①③④⑥。

（3）a．催化劑對化學反應速率有影響，對限度無影響，a錯誤；

b．降低了反應的溫度，化學反應速率減慢，曲線的變化斜率變小，與圖像不符，b錯誤；

c．縮小容器體積增大壓強，反應體系中的各物質(zhì)濃度增大，反應速率加快，平衡正向移動，與圖像相符，c正確；

答案為c；

（4）t2時刻后反應達平衡，氮氣的反應量為0.1mol，初始量為0.2mol，轉(zhuǎn)化率=0.1mol/0.2mol×100%=50%；

（5）t1時刻時達到平衡狀態(tài)，K=c2（NH3）/[c3（H2）×c（N2）]=0.012/(0.0253×0.015)=426.7。