Question

11．（1）可逆反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）是一個(gè)放熱反應(yīng)，有甲乙兩個(gè)完全相同的容器，向甲容器中加入1molN₂和3molH₂在一定條件下，達(dá)到平衡時(shí)放出的熱量為Q₁，相同條件下，向乙容器中加入2molNH₃，達(dá)到平衡時(shí)，吸收的熱量為Q₂，已知Q₂=4Q₁，則甲容器中H₂的轉(zhuǎn)化率為20%．
（2）除電解法，工業(yè)煉鎂還可采用硅熱法（Pidgeon法）．即以煅白（CaO•MgO）為原料與硅鐵（含硅75%的硅鐵合金）混合置于密閉還原爐，1200℃下發(fā)生反應(yīng)：2（CaO•MgO）（s）+Si（s）?Ca₂SiO₄（l）+2Mg（g）
①已知還原性：Mg＞Si，上述反應(yīng)仍能發(fā)生的原因是1200℃時(shí)反應(yīng)生成的鎂以蒸氣的形式逸出，使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)
②由圖，推測(cè)上述反應(yīng)正向?yàn)槲鼰幔ㄌ睢拔鼰帷被颉胺艧帷保┓磻?yīng)；平衡后若其他條件不變，將還原爐體積縮小一半，則達(dá)到新平衡時(shí)Mg（g）的濃度將不變_（填“升高”、“降低”或“不變”）．
③若還原爐容積為400m³，原料中煅白質(zhì)量為9.6t，5小時(shí)后，測(cè)得煅白的轉(zhuǎn)化率為50%，計(jì)算這段時(shí)間內(nèi)Mg的生成速率0.025 mol/（L•h）．

Answer 1

分析 （1）由于1molN₂和3molH₂完全反應(yīng)可以生成2molNH₃，所以甲乙兩個(gè)體系的平衡狀態(tài)是一樣的，即對(duì)應(yīng)氣體的濃度完全相同． 對(duì)于同一可逆反應(yīng)，相同條件下，正反應(yīng)的反應(yīng)熱與逆反應(yīng)的反應(yīng)熱，數(shù)值相等，符號(hào)相反，N₂和H₂完全反應(yīng)時(shí)放熱Q，則NH₃完全分解時(shí)吸熱也是Q，根據(jù)三段式利用x表示出平衡時(shí)甲容器內(nèi)反應(yīng)混合物各組分的物質(zhì)的量為 N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，放出熱量Q₁=xQkJ；則乙容器反應(yīng)混合物各組分的物質(zhì)的量也是為 N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，所以分解的NH₃的物質(zhì)的量為（2-2x）mol，吸收熱量（1-x）QkJ，利用Q₂=4Q₁，列放出求出x的值，轉(zhuǎn)化的H₂為3x，利用轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算；
（2）①根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理來(lái)回答；
②根據(jù)圖象中Mg的產(chǎn)率隨溫度的變化考慮，根據(jù)平衡常數(shù)來(lái)判斷Mg（g）的濃度；
③根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$來(lái)計(jì)算化學(xué)反應(yīng)速率．

解答 解：（1）由于1molN₂和3molH₂完全反應(yīng)可以生成2molNH₃，所以甲乙兩個(gè)體系的平衡狀態(tài)是一樣的，即三種氣體的濃度完全相同，對(duì)于同一可逆反應(yīng)，相同條件下，正反應(yīng)的反應(yīng)熱與逆反應(yīng)的反應(yīng)熱，數(shù)值相等，符號(hào)相反．N₂和H₂完全反應(yīng)時(shí)放熱Q，則NH₃完全分解時(shí)吸熱也是Q，
假設(shè)甲容器中的參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量為xmol，所以：
對(duì)于甲容器：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-QkJ/mol
起始（mol）：1      3        0
變化（mol）：x      3x       2x
平衡（mol）：1-x    3-3x     2x
所以Q₁=xQkJ，
乙容器反應(yīng)混合物各組分的物質(zhì)的量也是為N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，所以分解的NH₃的物質(zhì)的量為（2-2x）mol，
對(duì)于乙容器：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H=+QkJ/mol，故吸收的熱量Q₂=$\frac{2-2x}{2}$QkJ=（1-x）QkJ，所以（1-x）Q=4xQ，解得x=0.2，所以H₂的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.2mol×3}{3mol}$=20%，
故答案為：20%；
（2）①1200℃時(shí)發(fā)生反應(yīng)為2（CaO•MgO）（s）+Si（s）?Ca₂SiO₄ （l）+2Mg（g），此時(shí)鎂以蒸氣的形式逸出，使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，使得化學(xué)反應(yīng)能發(fā)生，
故答案為：1200℃時(shí)反應(yīng)生成的鎂以蒸氣的形式逸出，使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
②由圖象可知，溫度越高，Mg的產(chǎn)率增大，說(shuō)明升高溫度平衡正移，所以正方向?yàn)槲鼰岱较�；因�(yàn)樵摲磻?yīng)的K=C²（Mg），平衡后若其他條件不變，將還原爐體積縮小一半，則溫度沒(méi)變所以K不變，所以新平衡時(shí)Mg（g）的濃度不變；
故答案為：吸熱；不變；
③2（CaO•MgO）（s）+Si（s）?Ca₂SiO₄ （l）+2Mg（g）
192                                    48
9.6t×50%                               m
m=1.2t，n=（1.2×10⁶g）/24g/mol=50000mol
這段時(shí)間Mg的生成速率v=50000mol÷（400×10³）L÷5h=0.025 mol/（L•h）
故答案：0.025 mol/（L•h）．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合考查學(xué)生對(duì)可逆反應(yīng)的化學(xué)平衡的掌握，涉及化學(xué)方程式的計(jì)算，計(jì)算較為簡(jiǎn)單，總體難度不大，做題時(shí)注意等效平衡的理解和運(yùn)用．