Question

6．氨是重要的氮肥，合成原理為：
N₂（g）+3H₂（g）$?_{催化劑}^{高壓、高壓}$2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，回答下列問題：

（1）寫出平衡常數(shù)K的表達式：_$\frac{C{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{C（{N}_{2}）C{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$．如果升高溫度，該反應K值減小，化學反應速率增大，N₂的轉化率減小（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（2）在500℃、20MPa時，將N₂、H₂置于一個容積為2L的密閉容器中發(fā)生反應，反應過程中各種物質的量變化如圖所示，回答下列問題：
①10min內以NH₃表示的平均反應速率：0.005mol/（L．min）．
②在10～20min內：NH₃濃度變化的原因可能是AD．
A．加了催化劑                B．增加NH₃物質的量
C．降低溫度                  D．縮小容器體積
③第1次平衡的時間為：20-25min，第2次平衡的時間為：35-40min，
第1次平衡：平衡常數(shù)K₁=$\frac{0.1{5}^{2}}{0.07{5}^{3}×0.125}$ （帶數(shù)據(jù)的表達式），
第2次平衡時N₂的體積分數(shù)40.9% （保留一位小數(shù)）．
④在反應進行至25min時，曲線發(fā)生變化的原因：分離出0.1molNH₃，
達第二次平衡時，新平衡的平衡常數(shù)K₂等于K₁，（填“大于”、“小于”或“等于”）．
（3）對于可逆反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；△H＜0，如表研究目的和示意圖相符的是D．

	A	B	C	D
研究目的	壓強對反應的影響（P2＞P1）	溫度對反應的影響	催化劑對反應的影響	平衡體系增加N2對反應的影響
圖示

Answer 1

分析 （1）化學平衡常數(shù)是平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值；升高溫度化學反應速率加快，該反應正反應為放熱反應，升溫，化學反應向逆反應方向進行；
（2）①根據(jù)反應速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計算；
②根據(jù)圖象知，平衡向正反應方向移動，10min時是連續(xù)的，三種氣體物質的速率增加倍數(shù)相同，說明為使用催化劑或縮小容器體積；
③達到平衡狀態(tài)時，物質的量不變，以此判斷達到平衡的時間段，化學平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比，第2次平衡時NH₃的體積分數(shù)等于氨氣的含量；
④25分鐘，NH₃的物質的量突然減少，而H₂、N₂的物質的量不變，說明應是分離出NH₃；
（3）A、合成氨反應是氣體體積縮小的反應，則利用壓強對化學平衡及化學反應速率的影響，然后結合圖象來分析；
B、合成氨的反應是放熱反應，利用溫度對化學平衡的影響及圖象來分析；
C、利用催化劑對化學反應速率及化學平衡的影響，結合圖象來分析；
D、利用增大反應物的濃度對化學平衡移動的影響并結合圖象來分析．

解答 解：（1）化學平衡常數(shù)是平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，所以N₂（g）+3H₂（g）$?_{催化劑}^{高壓、高壓}$2NH₃，該反應的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{C{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{C（{N}_{2}）C{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；該反應正反應為放熱反應，升高溫度，化學平衡向逆反應方向移動，平衡常數(shù)減小，化學反應隨溫度的升高反應速率加快，升高溫度，化學平衡向逆反應方向移動，所以氮氣的轉化率減小，
故答案為：$\frac{C{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{C（{N}_{2}）C{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；減��；增大；減��；
（2）①根據(jù)反應速率v（NH₃）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{（0.1-0）mol}{2L}}{10min}$=0.005mol/（L．min），
故答案為：0.005mol/（L．min）；
②由圖象可知各組分物質的量在10min的瞬間不變，然后反應速率加快了，說明10min可能改變的條件是使用催化劑，縮小體積相當于增大壓強，應該反應物的速率增加，降低溫度，應該反應速率減小，增加NH₃，則NH₃物質的量增加，與圖不符，所以改變條件是使用催化劑符合或縮小體積，
故選AD；
③由圖象可以看出，當反應進行到時20-25min，各物質的量不變，說明反應達到平衡狀態(tài)，所以第一次達到平衡的時間為20-25min，當反應進行到時35-40min，各物質的量不變，所以第二次達到平衡的時間為35min，化學平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比，由圖象可知，20min達平衡時，n（N₂）=0.25mol，n（H₂）=0.15mol，n（NH₃）=0.3mol，所以所以其平衡常數(shù)K=$\frac{C{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{C（{N}_{2}）C{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{（\frac{0.3mol}{2L}）^{2}}{（\frac{0.15mol}{2L}）^{3}（\frac{0.25mol}{2L}）}$=$\frac{0.1{5}^{2}}{0.07{5}^{3}×0.125}$；由圖象可知，35min達平衡時，n（N₂）=0.225mol，n（H₂）=0.075mol，n（NH₃）=0.25mol，第2次平衡時N₂的體積分數(shù)=$\frac{0.225mol}{0.225mol+0.075mol+0.25mol}$×100%=40.9%，
故答案為：20-25min，35-40min； $\frac{0.1{5}^{2}}{0.07{5}^{3}×0.125}$；40.9%；
④第25分鐘，NH₃的物質的量突然減少，而H₂、N₂的物質的量不變，說明應是分離出NH₃；由圖象可以看出，當反應進行到時35-40min，各物質的量不變，說明反應達到第二次平衡狀態(tài)，平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以抽去0.1mol氨，此時平衡常數(shù)K將不變；
故答案為：分離出0.1molNH₃；等于；
（3）A、該反應中增大壓強平衡向正反應方向移動，則氨氣的體積分數(shù)增大，并且壓強越大，化學反應速率越大，達到化學平衡的時間越少，與圖象不符，故A錯誤；
B、因該反應是放熱反應，升高溫度化學平衡向逆反應反應移動，則氮氣的轉化率降低，與圖象中轉化率增大不符，故B錯誤；
C、因催化劑對化學平衡無影響，但催化劑加快化學反應速率，則有催化劑時達到化學平衡的時間少，與圖象不符，故C錯誤；
D、反應平衡后，增大氮氣的量，則這一瞬間正反應速率增大，逆反應速率不變，然后正反應速率在不斷減小，逆反應速率不斷增大，直到新的平衡，與圖象符合，故D正確；
故選D．

點評 本題考查化學平衡的計算、平衡移動以及平衡狀態(tài)的判斷，注意對圖象的分析，題目難度中等．