Question

9．氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農業生產、生活中有著重要作用，合成氨工業在國民生產中有重要意義．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0.2molN₂；的和0.6molH₂的，在一定條件下發生反應：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）．
（2）平衡后，若要提高H₂的轉化率，可以采取的措施有CD．
A．加了催化劑          B．增大容器體積
C．降低反應體系的溫度  D．加入一定量N₂
（3）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K與溫度T的關系如表所示：

T/℃	200	300	400
K	K1	K2	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的依據是BC（填序號字母）
A．容器內 N₂、H₂、NH₃的物質的量濃度之比為1：3：2
B．v（H₂）_正=3v（N₂）_逆
C．容器內壓強保持不變
D．混合氣體的密度保持不變
③400℃時，反應2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g） 的化學平衡常數為2．當測得NH₃、N₂
和H₂ 物質的量分別為3mol、2mol和1mol時，則該反應的v（N₂）_正＞v（N₂）_逆（填“＜”、“＞”或“=”）．
（4）根據化學反應速率和化學平衡理論，聯系合成氨的生產實際，你認為下列說法不正確的是C．
A．化學反應速率理論可指導怎樣在一定時間內快出產品
B．勒夏特列原理可指導怎樣使用有限原料多出產品
C．催化劑的使用是提高產品產率的有效方法
D．正確利用化學反應速率和化學反應限度理論都可以提高化工生產的綜合經濟效益．

Answer 1

分析 （1）5min達平衡，△c（NH₃）=0.1mol/L，根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NH₃），再根據反應速率之比等于系數之比計算v（N₂）；利用濃度變化量之比等于化學計量數之比，根據△c（NH₃）計算△c（H₂），再根據n=cV計算參加反應的氫氣的物質的量，據此計算轉化率．
（2）反應是氣體體積減小的放熱反應，平衡后，若要提高H₂的轉化率，改變條件需要平衡正向進行，但不能增大氫氣的量；
（3）①對于放熱反應，溫度越高，平衡逆向移動，反應平衡常數越��；
②根據平衡狀態的判斷依據判斷，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，反應是氣體體積減小的放熱反應，則
A、反應過程中容器內各物質變化的濃度之比始終等于計量數之比，和起始量變化量有關；
B、不同物質的正逆反應速率之比等于其計量數之比是平衡狀態；
C、反應前后氣體物質的量變化，當容器內壓強不變，氣體的物質的量不變；
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，；
③化學平衡常數，正反應平衡常數和你反應的平衡常數互為倒數，根據濃度熵和平衡常數的關系來確定平衡的移動方向；
（4）化學反應速率是表示物質反應快慢的物理量，在一定條件下反應達到化學平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，化學平衡為動態平衡，當外界條件發生改變時，平衡發生移動，可通過改變外界條件是平衡發生移動，提高化工生產的綜合經濟效益．

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），根據反應速率之比等于系數之比，則v（N₂）=$\frac{1}{2}$×0.02mol/（L•min）=0.01mol/（L•min）；
故答案為：0.01mol/（L•min）；
（2）A．催化劑不改變平衡移動，故A錯誤；
B．增大容器體積，相當于減小壓強，平衡逆反應方向移動，故B錯誤；
C．反應為放熱反應，降低溫度，平衡向正反應移動，故C正確；
D．加入一定量N₂，平衡向正反應方向移動，故D正確．
故選：CD；
（3）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、平衡濃度之比和起始量和變化量有關，容器內各物質的濃度之比等于計量數之比，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之比是平衡狀態，3υ（N₂）（正）=υ（H₂）（逆），說明氫氣的正逆反應速率相同是平衡狀態，故B正確；
C、反應前后氣體物質的量變化，當容器內壓強不變，氣體的物質的量不變，該反應達平衡狀態，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：BC；          
③400℃時，反應2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的化學平衡常數K的值和反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常數呈倒數，所以K=$\frac{0.1mol/L}{5min}$=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=$\frac{2×{2}^{3}}{{6}^{2}}$=$\frac{8}{9}$＜K=2，說明反應正向進行，因此有v（N₂）_正＞v（N₂）_逆；
故答案為：2；＞；
（4）A．根據影響化學反應速率的因素，可指導怎樣在一定時間內快出產品，故A正確；
B．結合影響化學平衡的因素，采用合適的外界條件，是平衡向正反應方向移動，可提高產率，故B正確；
C．化學反應速率是表示物質反應的快慢，不能改變原料的轉化率，故C錯誤；
D．在一定的反應速率的前提下，盡可能使平衡向正反應方向移動，可提高化工生產的綜合經濟效益，故D正確．
故選C．

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