Question

10．在一固定容積為2L的密閉容器內加入0.2mol的N₂和0.6mol的H₂，在一定條件下發生如下反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），△H＜0．反應中NH₃的物質的量濃度的變化情況如圖所示，請回答下列問題：
①根據如圖，計算從反應開始到平衡時，平均反應速率v（NH₃）=0.025mol/（L•min）；達平衡時轉化率α（N₂）=50%．
②下列描述中能說明上述反應已達平衡的是BD．
A．3v_正（H_2）=2v_逆（NH₃）
B．容器中氣體的平均相對分子量不隨時間而變化
C．容器中氣體的密度不隨時間而變化
D．容器中氣體的分子總數不隨時間而變化
E．N₂、H₂、NH₃三種物質同時存在
F．N₂、H₂、NH₃的濃度比為1：3：2
G．斷裂1mol N≡N的同時形成6mol N-H
③保持相同條件，若起始時往該容器中充入0.1mol的N₂，達到新平衡時NH₃的百分含量和原平衡相同，則起始還應充入H₂0.3mol，NH₃0.2 mol．保持相同條件，若起始時往該容器中充入0.8mol的NH₃，則達平衡時NH₃的體積分數大于原平衡NH₃的體積分數（填“大于”，“小于”或“等于”）．
④第5分鐘末將容器的體積縮小一半后，若在第8分鐘末達到新的平衡（此時NH₃濃度約為0.25mol/L），請在上圖中畫出第5分鐘末到此平衡時NH₃濃度的變化曲線．

Answer 1

分析 ①由圖可知，4min時到達平衡，平衡時氨氣的濃度為0.1mol/L，根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NH₃）；
生成氨氣為0.1mol/L×2L=0.2mol，根據方程式計算轉化的氮氣物質的量，進而計算氮氣轉化率；
②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；
③恒溫恒容下，若起始時往該容器中充入0.1mol的N₂，達到新平衡時NH₃的百分含量和原平衡相同，與原平衡為等效平衡，按化學計量數完全轉化到左邊，滿足N₂為0.2mol、H₂為0.6mol；
保持相同條件，若起始時往該容器中充入0.8mol的NH₃，等效開始通入0.4mol的N₂和1.2mol的H₂，等效為在原平衡的基礎上增大壓強，與原平衡相比，平衡正向移動；
④第5分鐘末將容器的體積縮小一半，瞬間氨氣的濃度變為原來的2倍，壓強增大，平衡向正反應移動，8min末達到新的平衡，此時NH₃濃度約為0.25mol/L，據此作圖．

解答 解：①由圖可知，4min達平衡，△c（NH₃）=0.1mol/L，所以v（NH₃）=$\frac{0.1mol/L}{4min}$=0.025mol/（L•min），
生成氨氣為0.1mol/L×2L=0.2mol，根據方程式可知轉化的氮氣物質的量為0.2mol×$\frac{1}{2}$=0.1mol，則氮氣轉化率為$\frac{0.1mol}{0.2mol}$×100%=50%，
故答案為：0.025mol/（L•min）；50%；
②A．不同物質表示的速率之比的與化學計量數之比，反應到達平衡狀態，3v_正（H₂）=2v_逆（NH₃）即v_正（H₂）：v_逆（NH₃）=2：3，不等于化學計量數之比，未到達平衡狀態，逆反應速率較大，平衡向逆反應進行，故A錯誤；
B．反應混合氣體的總質量不變，隨反應進行，總的物質的量減小，故平均相對分子質量減小，容器中氣體的平均相對分子量不隨時間而變化，說明到達平衡狀態，故B正確；
C．反應混合氣體的總質量不變，容器的容積不變，密度始終不變，容器中氣體的密度不隨時間而變化不能說明到達平衡狀態，故C錯誤；
D．正反應是氣體物質的量減小的反應，隨反應進行氣體分子數目減少，容器中氣體的分子總數不隨時間而變化，說明到達平衡狀態，故D正確；
E．反應進行后，未達到平衡N₂、H₂、NH₃三種物質也同時存在，故E錯誤；
F．N₂、H₂、NH₃的濃度比與起始濃度及轉化率有關，平衡時不一定等于化學計量數之比，故F錯誤；
G．斷裂1mol N≡N的同時形成6mol N-H，均表示正反應速率，反應始終按該比例關系進行，平衡時斷裂1mol N≡N的同時斷裂6mol N-H，故G錯誤，
故選：BD；
③恒溫恒容下，若起始時往該容器中充入0.1mol的N₂，達到新平衡時NH₃的百分含量和原平衡相同，與原平衡為等效平衡，按化學計量數完全轉化到左邊，滿足N₂為0.2mol、H₂為0.6mol，則：
0.1mol+$\frac{1}{2}$×n（NH₃）=0.1mol，n（H₂）+$\frac{3}{2}$n（NH₃）=0.6mol
解得n（NH₃）=0.2mol，n（H₂）=0.3mol
保持相同條件，若起始時往該容器中充入0.8mol的NH₃，等效開始通入0.4mol的N₂和1.2mol的H₂，等效為在原平衡的基礎上增大壓強，與原平衡相比，平衡正向移動，則達平衡時NH₃的體積分數大于原平衡NH₃的體積分數，
故答案為：0.3；0.2；大于；
④第5分鐘末將容器的體積縮小一半，瞬間氨氣的濃度變為原來的2倍，壓強增大，平衡向正反應移動，8min末達到新的平衡，此時NH₃濃度約為0.25mol/L，第5分鐘末到達新平衡時NH₃濃度的變化曲線為：
，故答案為：．

點評 本題考查化學反應速率的計算、化學平衡態的判斷、等效平衡、影響化學平衡的因素等，難度中等，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變說明到達平衡．