Question

（1）工業(yè)合成氨技術(shù)的反應(yīng)原理是：N₂（g）+3H₂（g）

催化劑

高溫高壓

2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol．在500℃、20MPa時(shí)，將N₂、H₂置于一個(gè)固定容積的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中各種物質(zhì)的量變化如圖1所示，回答下列問(wèn)題：

①計(jì)算反應(yīng)在第一次平衡時(shí)平衡常數(shù)K=

 

（保留二位小數(shù)）
②產(chǎn)物NH₃在5～10min、20～25min和45～50min時(shí)平均反應(yīng)速率[平均反應(yīng)速率分別以v₁、v₂、v₃表示]從大到小排列次序?yàn)?div id="8ant2cy" class='quizPutTag' contenteditable='true'> 

．
③在45min時(shí)，采取的措施是

 

；
（2）如圖2是一個(gè)體積固定的恒溫密閉容器，正中間有一個(gè)可以滑動(dòng)的隔板將容器隔成A、B兩室．A室放入H₂和O₂共5mol，B室放入H₂和N₂共5mol，使隔板恰好處于正中間．
①控制一定條件，只使A室氣體充分反應(yīng)，此時(shí)隔板左移，待反應(yīng)完成且密閉容器溫度恒定（大于120℃）后，A室氣體體積是B室體積的

4

5

．計(jì)算原H₂和O₂的體積比為

 

．
②再控制一定條件，使H₂和N₂發(fā)生反應(yīng)（正反應(yīng)放熱）．當(dāng)密閉容器溫度恒定（大于120℃）且達(dá)到平衡時(shí)，隔板右移恰好回到正中間，若加入的N₂為1mol，則N₂的轉(zhuǎn)化率為

 

，若加入的N₂為x mol，則x的取值范圍是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素,物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）①根據(jù)圖示數(shù)據(jù)得出第一次達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)物和生成物濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式計(jì)算出第一次平衡時(shí)平衡常數(shù)K；
②根據(jù)反應(yīng)速率的表達(dá)式：v=

△c

△t

，時(shí)間變化都是5min，根據(jù)濃度變化判斷v₁、v₂、v₃；
③根據(jù)45min時(shí)氫氣、氮?dú)鉂舛葴p小、氨氣濃度增加進(jìn)行判斷；
（2）①A、B的壓強(qiáng)相同，容器的體積之比等于氣體的物質(zhì)的量之比；
②根據(jù)①可知，A中的氣體的物質(zhì)的量為4mol，隔板右移恰好回到正中間，說(shuō)明反應(yīng)后B的氣體總物質(zhì)的量為4mol，根據(jù)差量法計(jì)算出氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率及氮?dú)獾娜≈捣秶?/div>

解答： 解：（1）①第一次達(dá)到平衡常數(shù)時(shí)，氨氣的濃度為：2.00mol/L，氫氣濃度為：3.00mol/L，氮?dú)獾臐舛葹椋?.00mol/L，
第一次平衡時(shí)平衡常數(shù)K=

2.002

1.00×3.003

≈0.15，
故答案為：0.15；
②5～10min氨氣的濃度變化大于0.5mol/L，20～25min氨氣濃度變化為0，45～50min氨氣的濃度變化小于0.50.5mol/L，時(shí)間變化為5min，由v=

△c

△t

可知，反應(yīng)速率關(guān)系為：v₁＞v₃＞v₂，
故答案為：v₁＞v₃＞v₂；
③45min時(shí)，氨氣的濃度增大，氮?dú)�、氫氣的濃度減小，化學(xué)平衡平衡向著正向移動(dòng)，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，說(shuō)明降低了溫度，
故答案為：降低溫度；
（2）①A室氣體體積是B室體積的

4

5

，A、B的壓強(qiáng)相同，B的物質(zhì)的量為5mol且不變，所以A反應(yīng)后的物質(zhì)的量為4mol，反應(yīng)后氣體減小了1mol，
2H₂ +O₂

點(diǎn)燃  .

2H₂O△n
2     1      2    1
2mol 1mol       1mol
反應(yīng)消耗的氫氣的物質(zhì)的量為2mol、氧氣的物質(zhì)的量為1mol，所以氫氣和氧氣的物質(zhì)的量有兩種情況，

4mol氫氣 1mol氧氣

或

2mol氫氣 3mol氧氣

，所以原H₂和O₂的體積比為2：3或4：1，
故答案為：2：3或4：1；
②達(dá)到平衡時(shí)，隔板右移恰好回到正中間，根據(jù)①可知，達(dá)到平衡時(shí)B中氣體的總物質(zhì)的量為4mol，氣體的物質(zhì)的量減小了1mol，
根據(jù)反應(yīng)N₂+3H₂ ?2NH₃ △n
       1  3     2    2
     0.5mol 1.5mol  1mol
反應(yīng)消耗氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為0.5mol、氫氣為1.5mol，
加入的N₂為1mol，則N₂的轉(zhuǎn)化率為：

0.5mol

1mol

×100%=50%；
氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量最少為0.5mol，但是必須大于0.5mol，氮?dú)庾畲蟮奈镔|(zhì)的量為3.5mol，
剩余氮?dú)獾娜≈捣秶鸀椋?.5＜x＜3.5，
故答案為：50%；0.5＜x＜3.5．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡的計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、影響化學(xué)平衡的因素、物質(zhì)的量濃度變化隨時(shí)間變化的曲線，題目難度中等，注意掌握影響化學(xué)平衡的因素、化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式、化學(xué)平衡的計(jì)算中差量法的應(yīng)用，試題培養(yǎng)了學(xué)生靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力．