Question

在實驗室進行工業(yè)合成氨的模擬實驗：
N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）△H＜0．當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，分離出氨，并按與起始時原料氣相同的物質(zhì)的量之比補充N₂、H₂，以實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，各組分物質(zhì)的量和時間的關(guān)系如圖所示（容器體積為1L，各平衡狀態(tài)時N₂物質(zhì)的量均可視為0.9mol）．
（1）①以NH₃的濃度變化表示反應(yīng)開始至15min時該反應(yīng)的平均速率是

 

 （保留三位有效數(shù)字）．
②Ⅰ階段15min達(dá)到平衡，則Ⅰ階段的平衡常數(shù)為

 

；Ⅱ階段，達(dá)到平衡狀態(tài)時，代表氫氣的曲線上的點的坐標(biāo)為（

 

）．
③H₂在Ⅰ、Ⅱ的平衡轉(zhuǎn)化率a_I（H₂）、a_Ⅱ（H₂）中較小的是

 

，其值是

 

（保留三位有效數(shù)字）．
（2）在甲、乙兩容器中分別進行反應(yīng)N₂（g）+3H₂?2NH₃（g），甲容器容積固定，乙容器容積可變．一定溫度下，在甲中充入a mol N₂、b mol H₂（3a＞b=3），達(dá)到平衡時NH₃的物質(zhì)的量為c mol．
①相同溫度下，在乙中加入2a mol N₂、2b mol H₂，若乙的壓強始終與甲的壓強相等，乙中反應(yīng)達(dá)到平衡時NH₃的物質(zhì)的量為

 

 mol（填字母序號，下同）；若乙的容積與甲的容積始終相等，乙中反應(yīng)達(dá)到平衡時NH₃的物質(zhì)的量為

 

 mol．
A．大于2c  B．等于2c  C．在c～2c之間    D．等于c     E．小于c
②相同溫度下，保持乙的容積為甲的一半，并加入1mol NH₃，要使乙中反皮達(dá)到平衡時，各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)與上述甲容器中達(dá)到平衡時的相同，則起始時還應(yīng)加入

 

和

 

（用含a、b的代數(shù)式表示）．

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）①由圖可知，15min時到達(dá)平衡，氨氣的物質(zhì)的量為0.2mol，根據(jù)速率公式計算；
②化學(xué)平衡常數(shù)為生成物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪乘積的比值；根據(jù)t₂再次平衡時氨氣的物質(zhì)的量計算參加反應(yīng)的氫氣、氮氣的物質(zhì)的量，進而計算加入的氫氣的物質(zhì)的量、平衡時氫氣的物質(zhì)的量，確定坐標(biāo)；
③氫氣的轉(zhuǎn)化率=

已轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量

氫氣總的物質(zhì)的量

據(jù)此計算兩次平衡時氫氣的轉(zhuǎn)化率；
（2）①甲乙容器等壓，加入的反應(yīng)物物質(zhì)的量之比相等，符合等效平衡的規(guī)律；若等容，由于乙容器加入的反應(yīng)物物質(zhì)的量大，又由于正反應(yīng)方向為氣體物質(zhì)的量減小的方向，促進反應(yīng)的正向進行，以此判斷；
②容積為甲容器的一半，且各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)與甲容器達(dá)到相同的平衡狀態(tài)，則符合等效平衡規(guī)律，即將NH₃全部轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物時，氮氣和氫氣的物質(zhì)的量分別為0.5amol和0.5molb，據(jù)此計算．

解答： 解：（1）①由圖可知，15min時到達(dá)平衡，氨氣的物質(zhì)的量為0.2mol，故v（NH₃）=

0.2mol

1L?15min

=0.0133mol/（L?min），故答案為：0.0133mol/（L?min）；
②15min達(dá)到平衡時，H₂濃度為3mol/L，N₂濃度為0.9mol/L，NH₃濃度為2mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)為K=

22

33×0.9

=0.165；補充氮氣、氫氣物質(zhì)的量之比與起始時相同的原料氣，再次到達(dá)平衡時，氮氣的濃度不變，說明加入的氮氣完全反應(yīng)，根據(jù)t₂再次平衡時生成氨氣的物質(zhì)的量為0.2mol，則：
     N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
變化：0.1mol 0.3mol   0.2mol
故t₁時，加入0.1mol氮氣，加入的氫氣為0.1mol×3.3=0.33mol，故t₁時氫氣的物質(zhì)的量為3mol+0.33mol=3.33mol，坐標(biāo)為（25min，3.33mol），
t₂再次平衡時，參加反應(yīng)的氫氣為0.3mol，平衡時氫氣的物質(zhì)的量為3.33mol-0.3mol=3.03mol，故t₂時坐標(biāo)為（50min，3.03mol），
故答案為：0.165；（5、3.03）；
③第一次平衡時氫氣的轉(zhuǎn)化率=

0.3mol

3.3mol

×100%=9.09%，第二次平衡時氫氣的轉(zhuǎn)化率=

0.3mol

3.33mol

×100%=9.01%，氫氣的轉(zhuǎn)化率降低，
故答案為：a_Ⅱ（H₂）；9.01%；
（2）①甲乙容器等壓，加入的反應(yīng)物物質(zhì)的量之比相等，符合等效平衡，即乙中反應(yīng)達(dá)到平衡時NH₃的物質(zhì)的量為2cmol；若等容，由于乙容器加入的反應(yīng)物物質(zhì)的量大，又由于正反應(yīng)方向為氣體物質(zhì)的量減小的方向，促進反應(yīng)的正向進行，即乙中反應(yīng)達(dá)到平衡時NH₃的物質(zhì)的量大于2cmol，選A；
②容積為甲容器的一半，且各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)與甲容器達(dá)到相同的平衡狀態(tài)，則符合等效平衡規(guī)律，即氨氣全部轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物時，氮氣和氫氣的物質(zhì)的量分別為0.5amol和0.5molb，1molNH₃轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物時，氮氣的物質(zhì)的量為0.5mol，氫氣的物質(zhì)的量為1.5mol，此時還應(yīng)加入氮氣的物質(zhì)的量為（0.5a-0.5）mol，應(yīng)加入氫氣的物質(zhì)的量為（0.5b-1.5）mol，
故答案為：（0.5a-0.5）molN₂；（0.5b-1.5）molH₂．

點評：本題考查化學(xué)反應(yīng)速率計算、等效平衡、化學(xué)平衡圖象及有關(guān)計算，（2）為難點、易錯點，確定每次加入的氮氣完全反應(yīng)是關(guān)鍵，側(cè)重對學(xué)生分析思維能力的考查，難度較大．