Question

15．工業(yè)上通常采用N₂（g）和H₂（g）崔華成NH3（g）：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1
（1）在一定溫度下，若將10amolN₂和30amolH₂放入2L的密閉容器中，充分反應后測得平衡時N₂的轉化率為60%，則該反應的平衡常數為$\frac{1}{12{a}^{2}}$（用含a的代數式表示）．若此時再向該容器中投入10amolN₂、20amolH₂和20amolNH₃，判斷平衡移動的方向是正向移動（填“正向移動”“逆向移動”或“不移動”）．
（2）若反應起始時N₂、H₂、NH₃的濃度分別為0.1mol/L、0.3mol/L、0.1mol/L．則NH₃達到平衡時濃度的范圍為0mol/L＜c（NH₃）＜0.3mol/L；若平衡時N₂、H₂、NH₃的濃度分別為0.1mol/L、0.3mol/L、0.1mol/L，則NH₃起始時濃度的范圍為0mol/L≤c（NH₃）≤0.3mol/L．
（3）一定條件下，在容積相同的三個密閉容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數據如表：

容器		甲	乙	丙
反應物投入量		1molN2、3molH2	2molNH3	4molNH3
平衡時數據	反應能量變化的絕對值（kJ）	Q1	Q2	Q3
	反應物轉化率	a1	a2	a3
	體系壓強（Pa）	p1	P2	P3

則Q₁+Q₂=92.4kJ；a₁+a₂=l（填“＜”“＞”或“=”•下同）：2p₂＞p₃
（4）如圖：A是恒容的密閉容器，B是一個體積可變的充氣氣囊．保持恒溫，關閉K₂，將1molN₂和3molH₂通過K₃充入B中，將2molN₂和6molH₂通過K1充入A中；起始時A、B的體積相同均為1L，達到平衡時，V（B）=0.9L；然后打開K₂，一段時間又達到平衡時，B的體積為1.7L（連通管中氣體體積不計）．

Answer 1

分析 （1）利用三段法計算出平衡時各物質的濃度，再計算平衡常數，然后利用Q與K的關系來分析平衡的移動；
（2）可假設反應正向進行或逆向進行達到平衡，并結合可逆反應的限度來判斷即可；
（3）甲容器反應物投入1molN₂、3molH₂，乙容器反應物投入量2molNH₃，恒溫且乙容器容積和甲容器相同，則甲容器與乙容器是等效平衡；
甲容器反應物投入1molN₂、3molH₂，丙容器反應物投入量4molNH₃，采用極限轉化法轉化為反應物為2molN₂、6molH₂，是甲中的二倍，如果恒溫且丙容器容積是甲容器2倍，則甲容器與丙容器也是等效平衡；所以丙所到達的平衡，可以看作在恒溫且容積是甲容器兩倍條件下，到達平衡后，再壓縮體積為與甲容器體積相等所到達的平衡；據此分析平衡移動；
（4）打開K₂，一段時間又達到平衡時，等效為開始通入3molN₂和9molH₂再恒溫恒容到達的平衡，與B中平衡為等效平衡，平衡時同種物質的轉化率相等，則平衡時混合氣體物質的量為B中平衡時的3倍，根據恒溫恒壓下體積之比等于物質的量之比計算平衡時氣體體積，減去A容器體積即為B的體積．

解答 解：（1）由10amolH₂和30amolN₂放入2L的密閉容器中，充分反應后測得N₂的轉化率為60%，則
     　　　　　N₂ +3H₂ ?2NH₃
開始mol/L     5a                          15a           0
變化mol/L     5a×60%=3a              9a           6a
平衡mol/L     2a                            6a           6a
平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{（6a）^{2}}{（2a）×（6a）^{3}}$=$\frac{1}{12{a}^{2}}$；
若此時再向該容器中投入10amolN₂、20amolH₂和20amolNH₃，三者的濃度分別為：7amol/L、16amol/L、16amol/L；則Q=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{（16a）^{2}}{（7a）×（16a）^{3}}$=$\frac{1}{112{a}^{2}}$＜K，此時平衡正向進行；
故答案為：$\frac{1}{12{a}^{2}}$；正向移動；
（2）若反應起始時N₂、H₂、NH₃的濃度分別為0.1mol/L、0.3mol/L、0.1mol/L，假設反應正向進行，則N₂的最大轉化濃度為0.1mol/L，則NH₃的變化濃度為0.2mol/L，即平衡時NH₃的濃度小于0.3mol/L，假設反應逆向進行，則NH₃的變化濃度最大為0.1mol/L，即平衡時NH₃的最小濃度為大于0mol/L，故NH₃達到平衡時濃度的范圍為0mol/L＜c（NH₃）＜0.3mol/L；若平衡時N₂、H₂、NH₃的濃度分別為0.1mol/L、0.3mol/L、0.1mol/L，如果反應是從反應物方向開始的，NH₃的起始濃度為0mol/L，如果反應是生成物方向進行的，生成0.1mol/LN₂時消耗NH₃的濃度分別為0.05mol/L，NH₃的起始濃度為0.15mol/L，NH₃起始時濃度的范圍為0mol/L≤c（NH₃）≤0.3mol/L；
故答案為：0mol/L＜c（NH₃）＜0.3mol/L；0mol/L≤c（NH₃）≤0.3mol/L；
（3）甲投入1molN₂、3molH₂，乙中投入2molNH₃，則甲與乙是完全等效的，根據蓋斯定律可知，甲與乙的反應的能量變化之和為92.4kJ，Q₁+Q₂=92.4；甲投入1molN₂、3molH₂，乙中投入2molNH₃，則甲與乙是完全等效的，所以轉化率α₁+α₂=1；丙容器反應物投入量4molNH₃，是乙的二倍，若平衡不移動，丙中壓強為乙的二倍；由于丙中相當于增大壓強，平衡向著向著正向移動，所以丙中壓強減小，小于乙的2倍，即2p₂＞p₃；
故答案為：92.4；=；＞；
（4）打開K₂，一段時間又達到平衡時，等效為開始通入3molN₂和9molH₂再恒溫恒容到達的平衡，與B中平衡為等效平衡，平衡時同種物質的轉化率相等，則平衡時混合氣體物質的量為B中平衡時的3倍，恒溫恒壓下體積之比等于物質的量之比，故平衡時氣體體積為0.9 L×3=2.7L，則B的體積為2.7 L-1L=1.7L，
故答案為：1.7．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、平衡狀態(tài)判斷、化學平衡圖象、等效平衡、化學平衡的計算，題目計算量較大，綜合性強，題目難度較大，關鍵是構建平衡建立的等效途徑，試題側重對學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力的培養(yǎng)．