Question

【題目】氨氣在工業(yè)上有廣泛用途。請回答以下問題：

（1）工業(yè)上利用N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H<0合成氨，某小組為了探究外界條件對該反應的影響，以c0 mol/L H2參加合成氨反應，在a、b兩種條件下分別達到平衡，如圖。

①相對a而言，b可能改變的條件是____________，判斷的理由是__________________；

②a條件下，0～t0的平均反應速率v(N2)=_____________mol·L-1·min-1；

（2）有人利用NH3和NO2構成電池的方法，既能實現(xiàn)有效消除氮氧化物的排放減少環(huán)境污染，又能充分利用化學能進行粗鋁的精煉，如圖B所示，e極為精鋁。

a極通入____氣體(填化學式)，判斷的理由是___________________________________；

（3）某小組往一恒溫恒壓容器充入9mol N2和23mol H2模擬合成氨反應，如圖為不同溫度下平衡混合物中氨氣的體積分數(shù)與總壓強（p）的關系圖。若體系在T2、60MPa下達到平衡。

①能判斷N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)達到平衡的是______(填序號) ；

a．容器內壓強不再發(fā)生變化 b．混合氣體的密度不再發(fā)生變化

c．v正(N2)=3v逆(H2) d．混合氣體的平均相對分子質量不再發(fā)生變化

②若T1、T2、T3溫度下的平衡常數(shù)分別為K1、K2、K3，則K1、K2、K3由大到小的排序為_______________，

③此時N2的平衡分壓為__________Mpa，（分壓＝總壓×物質的量分數(shù)）

計算出此時的平衡常數(shù)Kp=________。（用平衡分壓代替平衡濃度計算，結果保留2位有效數(shù)字并帶上單位）

Answer 1

【答案】增大c(N2)a、b起始濃度相同，b到達平衡的時間縮短，且氫氣的轉化率增大（c0-c1）/300t0NO2e為精鋁，發(fā)生還原反應，所以d極發(fā)生氧化反應，則a極為正極bdK1>K2>K390.043（Mpa）-2

【解析】

(1)①a、b氫氣起始濃度相同，b到達平衡的時間縮短，說明反應速率增大，平衡時氫氣的濃度減小，說明平衡正向移動，所以改變的條件是增大c(N2)，故答案為：增大c(N2)；a、b起始濃度相同，b到達平衡的時間縮短且氫氣的轉化率增大；

②a條件下，0～t0的平均反應速率v(N2)=v(H2)=×=×=mol/(L·min)，故答案為：；

(2)根據圖知，e為精鋁，為電解池陰極，d為陽極，所以通入a的電極是正極、通入b的電極是負極，原電池中NH3和NO2構成原電池，負極上失電子發(fā)生氧化反應，正極上得電子發(fā)生還原反應，原電池中二氧化氮得電子生成氮氣，氨氣失電子生成氮氣，所以a電極上通入的是NO2，故答案為：NO2；e為精鋁，發(fā)生還原反應，所以d極發(fā)生氧化反應，則a極為正極；

(3)①a．該反應是恒壓，所以無論反應是否達到平衡狀態(tài)壓強都不變，所以不能據此判斷平衡狀態(tài)，故a錯誤；b．反應前后氣體總質量不變但容器體積改變，所以混合氣體的密度改變，當混合氣體密度不變時該反應達到平衡狀態(tài)，故b正確；c．3v正(N2)=v逆(H2)時該反應達到平衡狀態(tài)，當v正(N2)=3v逆(H2)時該反應沒有達到平衡狀態(tài)，故c錯誤；d．反應前后混合氣體質量不變，但氣體總物質的量減小，所以混合氣體相對分子質量增加，當混合氣體的平均相對分子質量不再發(fā)生變化時，正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)，故d正確；故選bd；

②相同壓強下，升高溫度平衡逆向移動，氨氣的體積分數(shù)減小，根據圖知，溫度T1＜T2＜T3，溫度越高化學平衡常數(shù)越小，所以化學平衡常數(shù)K1＞K2＞K3，故答案為：K1＞K2＞K3；

③若體系在T2、60MPa下達到平衡，相同溫度下，氣體的體積分數(shù)等于其物質的量分數(shù)，

設平衡時n(NH3)=xmol，

N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)

開始(mol) 9 23 0

反應(mol) 0.5x 1.5x x

平衡(mol)9-0.5x 23-1.5x x

平衡時氨氣體積分數(shù)=×100%=60%，x=12，氮氣分壓=×60MPa=9MPa；氨氣的分壓=60%×60MPa=36MPa，氫氣分壓=60MPa-9MPa-36MPa=15MPa，此時的平衡常數(shù)Kp==0.043(MPa)-2，故答案為：9；0.043(MPa)-2。