Question

已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，這是目前普遍使用的人工固氮的方法．請(qǐng)回答下列問題：
（1）450℃時(shí)，往一個(gè)2L的密閉容器中充入2.6mol H₂和1mol N₂，反應(yīng)過程中對(duì)NH₃的濃度進(jìn)行檢測(cè)，得到的數(shù)據(jù)如下表所示：

時(shí)間/min	5	10	15	20	25	30
c（NH3）/mol?L-1	0.08	0.14	0.18	0.20	0.20	0.20

①此條件下該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=

 

；反應(yīng)達(dá)到平衡后，若往平衡體系中加入H₂、N₂和NH₃各2mol，此時(shí)該反應(yīng)的v（N₂）_正

 

v（N₂）_逆（填寫“＞”、“=”或“＜”=）．
②若改變某一條件，達(dá)新平衡時(shí)n（H₂）=1.60mol，下列說法正確的是

 

．
A．平衡一定正向移動(dòng)            B．可能是向容器中加入了一定量的H₂氣體
C．可能是降低了容器的溫度      D．可能是縮小了容器的體積
（2）450℃時(shí)，在另一密閉容器中進(jìn)行上述合成氨的反應(yīng)，各物質(zhì)的起始濃度和平衡濃度如下表所示：

	N2	H2	NH3
起始濃度（mol/L）	0.2	0.3	0.2
平衡濃度（mol/L）	a	b	c

請(qǐng)回答：
①a的取值范圍是：

 

．
②請(qǐng)用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示下列量之間的關(guān)系：（I）a與b的關(guān)系：

 

．（Ⅱ）a、b、c的關(guān)系：

 

．
③反應(yīng)達(dá)到平衡后，改變某一外界條件，反應(yīng)速率與時(shí)間的關(guān)系如圖所示，其中t₂﹑t₇時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件改變分別是：t₂

 

；t₇

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖象的綜合應(yīng)用

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）①根據(jù)化學(xué)平衡三段式計(jì)算，確定反應(yīng)達(dá)到平衡各物質(zhì)的變化量和反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度；進(jìn)而計(jì)算速率和平衡常數(shù)；根據(jù)平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)判斷；只要滿足正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，即可判斷；
②依據(jù)氫氣增大的因素和平衡移動(dòng)進(jìn)行分析判斷；
（2）依據(jù)極值轉(zhuǎn)化，找到各物質(zhì)的濃度范圍進(jìn)行分析判斷；利用平衡常數(shù)計(jì)算分析abc的關(guān)系；
（3）分析圖象和反應(yīng)特征，結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析判斷符合改變的條件；

解答： 解：（1）①根據(jù)題意列式計(jì)算，從表中分析可知，20min時(shí)反應(yīng)已達(dá)平衡，C（NH₃）=0.20mol/L
根據(jù)反應(yīng)          N₂ +3H₂

催化劑 .

△

2NH₃
初始濃度（mol/L）：0.5  1.3        0
變化濃度（mol/L）：0.1  0.3       0.2
平衡濃度（mol/L）：0.4  1.0       0.2
K=

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

=

0．22

0.4×1．03

=0.1（L/mol）²
反應(yīng)達(dá)到平衡后，若往平衡體系中加入H₂、N₂和NH₃各2mol，此時(shí)氮?dú)狻�氫氣、氨氣的濃度分別為：
0.4+1=1.4mol/L、1.0+1=2mol/L、0.2+1=1.2mol/L；計(jì)算濃度商
Q=

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

=

1．22

1.4×23

=0.13（L/mol）²
Q＞K，平衡向逆向進(jìn)行，v（N₂）_正＜v（N₂）_逆
故答案為：0.1；＜；
 ②若原平衡狀態(tài)氫氣物質(zhì)的量為2mol，改變某一條件，達(dá)新平衡時(shí)n（H₂）=1.60mol，說明氫氣減少，可能是改變條件平衡正向進(jìn)行，減少氫氣的量；
A、平衡不一定正向進(jìn)行，減少氫氣的量可以符合，故A錯(cuò)誤；
B、可能是向容器中加入了一定量的H₂氣體，使氫氣量增大，故B錯(cuò)誤；
C、該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低了容器的溫度，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，氫氣的量減少，故C正確；
D、縮小容器的體積，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的方向進(jìn)行，該反應(yīng)正向是氣體體積減少的反應(yīng)，所以縮小體積，平衡正向進(jìn)行，氫氣的量減少，但體積減小帶來的濃度增大比平衡移動(dòng)帶來氫氣的減少程度小，最終可以是氫氣量減小，故D正確；
故答案為：CD；
（2）依據(jù)平衡計(jì)算的方法列式討論
                   N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol/L）   0.2       0.3       0.2 
變化量（mol/L）
平衡量（mol/L）     a       b         c
反應(yīng)正向進(jìn)行則     0.1      0         0.4
反應(yīng)逆向進(jìn)行則     0.3      0.6       0
所以平衡時(shí)濃度的取值范圍：0.1＜a＜0.3    0＜b＜0.6    0＜c＜0.4
①a的取值范圍是0.1＜a＜0.3；
故答案為：0.1＜a＜0.3；
②利用極值轉(zhuǎn)化進(jìn)行計(jì)算
                  N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol/L）   0.2       0.3       0.2 
平衡量（mol/L）     a       b         c
極值轉(zhuǎn)化          a+0.5c    b+1.5c    0
 a+0.5c=0.2      
b+1.5c=0.3；
整理得，a與b的關(guān)系為  3a=b+0.3；a、b、c的關(guān)系，溫度變化．平衡常數(shù)不變，K=0.1，根據(jù)平衡常數(shù)計(jì)算式代入得到：

c2

a×b3

=0.1
故答案為：3a=b+0.3；

c2

a×b3

=0.1；
③N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，t2時(shí)刻反應(yīng)正向進(jìn)行，逆反應(yīng)速率小于原平衡速率然后增大，說明改變的條件是增加反應(yīng)物濃度，同時(shí)減小生成物濃度；t7時(shí)刻正逆反應(yīng)速率都減小，且反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，說明是降低溫度，平衡正向進(jìn)行；
故答案為：增加反應(yīng)物濃度，同時(shí)減小生成物濃度；降低溫度；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡的計(jì)算，速率、平衡常數(shù)的計(jì)算，平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)和方法，影響平衡的因素分析，蓋斯定律的應(yīng)用，關(guān)鍵是極值法在化學(xué)平衡中的應(yīng)用，題目綜合性強(qiáng)，較難．