Question

13．氨是重要的氮肥，合成原理為：N₂（g）+3H₂（g）高溫、高壓催化劑
2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．回答下列問題：
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物質的量隨時間的變化如圖所示，回答下列問題：
（1）10min內以NH₃表示的平均反應速率為0.005mol/（L．min）
（2）在10～20min內，NH₃濃度變化的原因可能是A
A．使用了催化劑         B．縮小容器體積
C．降低溫度             D．增加NH₃物質的量
（3）第1次平衡：平衡常數(shù)K₁=$\frac{（\frac{0.3mol}{2L}）^{2}}{（\frac{0.25mol}{2L}）（\frac{0.15mol}{2L}）^{3}}$（帶數(shù)據(jù)的表達式），第2次平衡時NH₃的體積分數(shù)45.5%；
（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”）．

Answer 1

分析 （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；
（3）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；
（4）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．

解答 解：（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變化增加，且10min時變化是連續(xù)的，20min達平衡時，△n（N₂）=0.025mol×4=0.1mol，
△n（H₂）=0.025mol×12=0.3mol，△n（NH₃）=0.025mol×8=0.2mol，物質的量變化之比等于化學計量數(shù)之比，三種氣體物質的速率增加倍數(shù)相同，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倍數(shù)大，降低溫度，應該反應速率減小，增加NH₃物質的量，逆反應速率增加的倍數(shù)大，故只有使用催化劑符合，
故選A；
（3）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）=0.025mol×10=0.25mol，n（H₂）=0.025mol×6=0.15mol，n（NH₃）=0.025mol×12=0.3mol，所以所以其平衡常數(shù)K=$\frac{C{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{C（N{\;}_{2}）C{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{（\frac{0.3mol}{2L}）^{2}}{（\frac{0.25mol}{2L}）（\frac{0.15mol}{2L}）^{3}}$；第2次平衡時NH₃的體積分數(shù)=$\frac{2.5mol}{2.5mol+2.25mol+0.75mol}$×100%=45.5%，
故答案為：$\frac{（\frac{0.3mol}{2L}）^{2}}{（\frac{0.25mol}{2L}）（\frac{0.15mol}{2L}）^{3}}$；45.5%；
（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．

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