Question

對合成氨的研究具有很高的應用價值．在三個1L的密閉容器中，同溫度下、使用相同催化劑分別進行反應：3H₂（g）+N₂（g）

高溫、高壓  .

催化劑

2NH₃（g），按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，反應達到平衡時有關數(shù)據(jù)如下表：

容器	甲	乙	丙
起始物質投入量	3molH2、2molN2	6molH2、4molN2	、2molNH3
達到平衡的時間 /min	t	5	8
平衡時N的濃度/mol．L-1	c1	3
N的體積分數(shù)	ω1	ω2	ω3
混合氣體密度/g．L-1	ρ1	ρ2

（1）下列能說明該反應已達到平衡狀態(tài)的是

 

（填字母序號）．
a．容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2
b．v（N₂）_正=3v（H₂）_逆
c．容器內壓強保持不變
d．混合氣體的密度保持不變
（2）甲容器中達到平衡所需要的時間t

 

5min（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）乙中從反應開始到平衡時N₂的化學反應速率為

 

．
（4）分析上表數(shù)據(jù)，下列關系正確的是

 

（填字母序號）．
a．2c₁=3mol?L^-1 b．ω₁=ω₂    c．2ρ₁=ρ₂
（5）該溫度下，反應的化學平衡常數(shù)K=

 

（用分數(shù)表示）．

Answer 1

考點：化學平衡狀態(tài)的判斷,化學平衡的計算

專題：化學平衡專題

分析：Ⅱ．（1）達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，以此判斷．
（2）甲容器比乙容器中反應物的濃度小，反應速率比乙中小，故達到平衡所需要的時間更長；
（3）先計算出用氮氣表示的反應速率，然后利用化學計量數(shù)關系計算出用氫氣表示的反應速率；
（4）先將丙中的數(shù)據(jù)按照化學計量數(shù)轉化成反應物氮氣、氫氣的物質的量，然后利用等效平衡知識進行分析；
（5）計算出反應前氮氣、氫氣的物質的量濃度，然后利用化學平衡三段式計算出達到平衡時各組分的濃度，最后根據(jù)化學平衡常數(shù)表達式計算出該溫度下的平衡常數(shù)．

解答： 解：（1）a．容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2，不能說明達到判斷狀態(tài)，取決于起始配料比和轉化程度，故a錯誤；
b．當3v（N₂）_正=v（H₂）_逆時，才說明達到平衡狀態(tài)，故b錯誤；
c．容器內壓強保持不變，可說明達到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．恒容時體積不變，質量不變，則混合氣體的密度保持不變，不能達到平衡狀態(tài)，故d錯誤．
故答案為：c；
2）若為恒壓容器，甲乙容器中達到平衡所用時間相同，為5min，但是容器恒容，甲容器比乙容器中反應物的濃度小，反應速率比乙中小，故達到平衡所需要的時間更長，即t＞5min，故答案為：＞；
（3）容器乙中，反應前氮氣的濃度為：

4mol

1L

=4mol/L，氮氣的平均反應速率為：v（N₂）=

(4-3)mol/L

5min

=0.2mol?L^-1?min^-1，故答案為：0.2 mol?L^-1?min^-1；
（4）恒溫、恒容條件下：
a．假設乙容器的容積為2L，則達到平衡時甲乙為等效平衡，各組分的含量、濃度相等，此時氮氣的濃度為c₁，然后將容器的容積縮小到2L，若平衡不移動，2c₁=3mol/L，由于壓強增大，平衡向著正向移動，所以2c₁＞3mol/L，故a錯誤；    
b．乙中加入了4mol氮氣、6mol氫氣，而甲中為3mol H₂、2mol N₂，故乙對甲來說相當于加壓，平衡右移，氮氣的體積分數(shù)減小，所以ω₂＜ω₁，故b錯誤；
c．反應前后都是氣體，容器的容積都是2L，乙中混合氣體的質量為甲的2倍，根據(jù)ρ=

m

V

可知：2ρ₁=ρ₂，故c正確；
故選c；
（5）乙容器中，反應前氫氣濃度為：c（H₂）=

6mol

1L

=4mol/L，氮氣的濃度為：

4mol

1L

=4mol/L，達到平衡時氮氣的濃度變化為：（4-3）=1mol/L，
    由三段式可知：3H₂ （g）+N₂（g）?2NH₃（g）
反應前（mol/L）：6        4         0
濃度變化（mol/L）：3        1         2
反應后：（mol/L）：3        3         2
在該溫度下乙容器中反應的平衡常數(shù)K=

32

33×3

=

4

81

，
故答案為：

4

81

．

點評：本題考查較為綜合，化學平衡、速率的計算等，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，為高考常見題型和高頻考點，注意利用三段式法計算，較為直觀，難度不大．