Question

11．對工業合成氨條件的探索一直是化學工業的重要課題，在恒溫恒容的甲容器、恒溫恒壓的乙容器中分別進行合成氨反應，如圖（圖中所示數據均為初始物理量）．t分鐘后反應均達到平衡，生成的NH₃均為0.4mol（忽略水對壓強的影響及氨氣的溶解）．

①判斷甲容器中的反應達平衡的依據是ACE．（填寫相應編號）
A．壓強不隨時間改變      B．氣體的密度不隨時間改變       C．c（N₂）不隨時間改變
D．單位時間內生成2mol NH₃的同時消耗1mol N₂
E．單位時間內斷裂3mol H-H鍵，同時斷裂6mol N-H鍵
②該條件下甲容器中反應的平衡常數K=$\frac{400}{27}$；平衡時，甲的壓強P_平=$\frac{3}{4}$P₀
（用初始壓強P₀表示）．

Answer 1

分析 ①可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡；
②甲容器t分鐘后反應均達到平衡，生成的NH₃均為0.4mol，則：
             N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：0.4    1.2       0
變化量（mol）：0.2    0.6       0.4
平衡量（mol）：0.2    0.6       0.4
再根據K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$計算平衡常數，恒溫恒容下壓強之比等于氣體物質的量之比．

解答 解：①A．隨反應進行氣體物質的量減小，恒溫恒容下容器內壓強減小，當壓強不隨時間改變，說明到達平衡狀態，故A正確；
B．混合氣體總質量不變，容器容積不變，混合氣體的密度為定值，故B錯誤；
C．到達平衡時各組分濃度保持不變，c（N₂）不隨時間改變，說到達化學平衡狀態，故C正確；
D．單位時間內生成2molNH₃的同時消耗1molN₂，均表示正反應速率，反應始終按該比例關系進行，故D錯誤；
E．單位時間內斷裂3molH-H鍵，同時斷裂6molN-H鍵，而斷裂6molN-H鍵會生成3molH-H鍵，氫氣的生成速率與消耗速率相等，反應到達平衡，故E正確，
故選：ACE；
②甲容器t分鐘后反應均達到平衡，生成的NH₃均為0.4mol，則：
             N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：0.4     1.2       0
變化量（mol）：0.2     0.6       0.4
平衡量（mol）：0.2     0.6       0.4
則平衡常數K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{（\frac{0.4}{2}）^{2}}{\frac{0.2}{2}×（\frac{0.6}{2}）^{3}}$=$\frac{400}{27}$，
恒溫恒容下壓強之比等于氣體物質的量之比，則平衡時，甲的壓強P_平=$\frac{1.2mol}{1.6mol}$P₀=$\frac{3}{4}$P₀，
故答案為：$\frac{400}{27}$；$\frac{3}{4}$P₀．

點評 本題考查化學平衡計算、平衡狀態判斷，注意三段式在化學平衡計算中應用，注意判斷平衡的物理量應隨反應進行發生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡．