Question

15．氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用，合成氨工業(yè)在國民生產(chǎn)中有重要意義．以下是關于合成氨的有關問題，請回答：
（1）若在一容積為2L的密閉容器中加入0.2mol的N₂和0.6mol的H₂在一定條件下發(fā)生反應：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，若在5分鐘時反應達到平衡，此時測得NH₃的物質的量為0.2mol．則前5分鐘的平均反應速率v（N₂）=0.01mol/（L•min）．平衡時H₂的轉化率為50%
（2）若在0.5L的密閉容器中，一定量的氮氣和氫氣進行如下反應：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，其化學平衡常數(shù)K與溫度T的關系如表所示：

T/℃	200	300	400
K	K1	K3	0.5

請完成下列問題：
①試比較K₁、K₂的大小，K₁＞K₂（填“＜”“＞”或“=”）；
②下列各項能作為判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是C（填序號字母）
A．容器內(nèi)N₂、H₂、NH₃的物質的量濃度之比為1：3：2
B．v（H₂）正=3v（H₂）逆
C．容器內(nèi)壓強保持不變
D．混合氣體的密度保持不變
③400℃，當測得NH₃、N₂和H₂物質的量分別為3mol、2mol和 1mol時，則v（N₂）正＞v（N₂）逆
（填“＜”“＞”或“=”）

Answer 1

分析 （1）5min達平衡，△c（NH₃）=0.1mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NH₃），再根據(jù)反應速率之比等于系數(shù)之比計算v（N₂）；利用濃度變化量之比等于化學計量數(shù)之比，根據(jù)△c（NH₃）計算△c（H₂），再根據(jù)n=cV計算參加反應的氫氣的物質的量，據(jù)此計算轉化率；
（2）①對于放熱反應，溫度越高，平衡逆向移動，反應平衡常數(shù)越�。�
②根據(jù)平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)判斷；
③化學平衡常數(shù)，正反應平衡常數(shù)和逆反應的平衡常數(shù)互為倒數(shù)，根據(jù)濃度熵和平衡常數(shù)的關系來確定平衡的移動方向．

解答 解：（1）5min達平衡，△c（NH₃）=0.1mol/L，所以v（NH₃）=$\frac{0.1mol/L}{5min}$=0.02mol/（L•min），根據(jù)反應速率之比等于系數(shù)之比，則v（N₂）=$\frac{1}{2}$×0.02mol/（L•min）=0.0mol/（L•min）；
△c（NH₃）=0.1mol/L，濃度變化量之比等于化學計量數(shù)之比，所以△c（H₂）=$\frac{3}{2}$△c（NH₃）=$\frac{3}{2}$×0.1mol/L=0.15mol/L，故參加反應的氫氣的物質的量為0.15mol/L×2L=0.3mol，所以氫氣的轉化率為$\frac{0.3mol}{0.6mol}$×100%=50%，
故答案為：0.01mol/（L•min）；
（2）①該反應正反應是放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，生成物濃度減小，反應物濃度增大，所以K₁＞K₂，故答案為：＞；
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，反應是氣體體積減小的放熱反應，則
A、容器內(nèi)各物質的濃度之比等于計量數(shù)之比，不能證明正逆反應速率相等，故A錯誤；
B、不同物質的正逆反應速率之比等于其計量數(shù)之比是平衡狀態(tài)，3υ（N₂）（正）=υ（H₂）（逆）是平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C、容器內(nèi)壓強不變，氣體的物質的量不變，該反應達平衡狀態(tài)，故C正確；
D、如果是在密閉容器中反應，質量不變，體積不變，密度始終不變，故D錯誤；
故答案為：C；
③400℃時，反應2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的化學平衡常數(shù)K的值和反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常數(shù)呈倒數(shù)，所以K=$\frac{1}{0.5}$=2；
容器的體積為0.5L，NH₃和N₂．H₂的物質的量濃度分別為：6mol/L、4mol/L、2mol/L，400℃時，濃度商Q_c=$\frac{4×{2}^{3}}{{6}^{2}}$=$\frac{8}{9}$＜K=2，說明反應正向進行，因此有v（N₂）_正＞v（N₂）_逆；
故答案為：＞．

點評 本題考查化學平衡常數(shù)、意義，反應速率計算等，題目難度中等，注意化學平衡常數(shù)大小說明反應進行程度，與反應難易無關、與反應速率無關．