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業(yè)生產、生活中有著重要作用，合成氨工業(yè)在國民生產中有重要意義。以下是關于合成氨的有關問題，請回答：

(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: N2(g) +3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，若在5分鐘時反應達到平衡，此時測得NH3的物質的量為0.2 mol。則前5分鐘的平均反應速率v(N2)=___________。平衡時H2的轉化率為__________。

(2)平衡后，若提高H2的轉化率，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，一定量的氮氣和氫氣進行如下反應：

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

T/℃	200	300	400
K	K1	K2	0.5

請完成下列問題：

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

②下列各項能作為判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是_______（填序號字母）

A.容器內N2、H2、NH3的物質的量濃度之比為1:3:2

B.v(H2)正＝3v(N2)逆

C.容器內壓強保持不變

D.混合氣體的密度保持不變

③400℃時，反應2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的化學平衡常數(shù)為_______。當測得NH3、N2和H2物質的量分別為3 mol、2 mol和 1 mol時，則該反應的v(N2)正________v(N2)逆（填“<”“>”或“＝”）。

Answer 1

【答案】0.01mol/(L.min) 50% CD ＞ BC 2 ＞

【解析】

本題主要考查化學平衡的相關知識。

(1)根據(jù)題意可用反應速率公式計算氨氣的反應速率，再根據(jù)反應速率之比等于系數(shù)之比計算v(N2);利用濃度變化量之比等于化學計量數(shù)之比,計算反參加反應的氫氣的物質的量,據(jù)此計算轉化率；

(2)平衡后，若提高H2的轉化率，需平衡正向移動，應從影響平衡的因素考慮，如改變濃度、溫度、壓強等；

(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，正反應是氣體體積減小的放熱反應；化學平衡常數(shù),正反應平衡常數(shù)和逆反應的平衡常數(shù)互為倒數(shù),根據(jù)濃度商和平衡常數(shù)的關系來確定平衡的移動方向。

(1)5min時反應達到平衡， ,所以，根據(jù)反應速率之比等于系數(shù)之比,則前5分鐘的平均反應速率；5分鐘時反應達到平衡，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的量為0.3mol，所以氫氣的轉化率為0.3mol÷0.6mol×100%=50%；

(2)若提高H2的轉化率，需要平衡正向移動，則：

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

B.該反應正反應是一個氣體體積減小的反應，增大容器體積，即減小壓強，平衡逆向移動，降低了氫氣的轉化率，故B不符合題意；

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

D.加入一定量N2，可促進平衡正向移動，可提高氫氣的轉化率，故D符合題意；

綜上所述，本題應選CD；

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

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

A.平衡濃度之比和起始量和變化量有關,容器內各物質的濃度之比等于計量數(shù)之比,不能證明正逆反應速率相等,故A錯誤;
B.不同物質的正逆反應速率之比等于其計量數(shù)之比是平衡狀態(tài),v(H2)正＝3v(N2)逆，說明氫氣的正逆反應速率相同，是平衡狀態(tài),故B正確;
C.反應前后氣體物質的量變化,當容器內壓強不變,氣體的物質的量不變,該反應達平衡狀態(tài),故C正確;
D.如果是在密閉容器中反應,質量不變,體積不變,密度始終不變,故D錯誤;
因此，本題應選BC；
③400℃時,反應2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的化學平衡常數(shù)K的值和反應N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的平衡常數(shù)呈倒數(shù)關系,所以K= =2；
當測NH3、N2和H2物質的量分別為3 mol、2 mol和 1 mol時，此時的濃度商 ＜K=2，說明反應正向進行，則v(N2)正＞v(N2)逆。