Question

6．將1molN₂和3mol H₂充入體積可變的恒溫密閉容器中，在380℃下發生反應：N₂（g）+3H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2NH₃（g），平衡時，體系中氨的體積分數（NH₃）隨壓強變化的情況如表：

壓強/MPa	10	20	30	40
φ（NH3）	0.30	0.45	0.54	0.60

下列說法正確的是（　　）

• A． 10 MPa時，H₂的轉化率為75%
• B． 20 MPa時，NH₃的物質的量濃度是10 MPa時的1.5倍
• C． 40 MPa時，若容器的體積為VL，則平衡常數$K=\frac{{64{V^2}}}{3}$
• D． 30 MPa時，若向容器中充入惰性氣體，則平衡向正反應方向移動

Answer 1

分析 1molN₂和3mol H₂充入體積可變的恒溫密閉容器中，溫度、壓強不變，則物質的量與體積成正比，
A.10 MPa時，設轉化的氫氣為xmol，則
         N₂（g）+3H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2NH₃
開始    1             3                       0
轉化     x             3x                     2x
平衡   1-x            3-3x                   2x
$\frac{2x}{1-x+3-3x+2x}$×100%=0.3，解得x=0.461mol；
B.20 MPa時，設轉化的氫氣為ymol，則
         N₂（g）+3H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2NH₃
開始    1             3                       0
轉化    y             3y                     2y
平衡   1-y            3-3y                 2y
$\frac{2y}{1-y+3-3y+2y}$×100%=0.45，解得y=0.621mol；
C.40 MPa時，設轉化的氫氣為zmol，則
         N₂（g）+3H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2NH₃
開始    1             3                       0
轉化    z             3z                     2z
平衡   1-z            3-3z                 2z
$\frac{2z}{4-2z}$×100%=0.60，解得z=0.75，結合平衡濃度計算K；
D.30 MPa時，若向容器中充入惰性氣體，體積增大，則壓強減小．

解答 解：1molN₂和3mol H₂充入體積可變的恒溫密閉容器中，溫度、壓強不變，則物質的量與體積成正比，
A.10 MPa時，設轉化的氫氣為xmol，則
         N₂（g）+3H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2NH₃
開始    1             3                       0
轉化     x             3x                     2x
平衡   1-x            3-3x                   2x
$\frac{2x}{1-x+3-3x+2x}$×100%=0.3，解得x=0.461mol，則H₂的轉化率為$\frac{0.461mol}{1mol}$×100%=46.1%，故A錯誤；
B.20 MPa時，設轉化的氫氣為ymol，則
         N₂（g）+3H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2NH₃
開始    1             3                       0
轉化    y             3y                     2y
平衡   1-y            3-3y                 2y
$\frac{2y}{1-y+3-3y+2y}$×100%=0.45，解得y=0.621mol，則氨氣的物質的量不是10MPa時的1.5倍，即NH₃的物質的量濃度不是10 MPa時的1.5倍，故B錯誤；
C.40 MPa時，設轉化的氫氣為zmol，則
         N₂（g）+3H₂（g）$\stackrel{催化劑}{?}$2NH₃
開始    1             3                       0
轉化    z             3z                     2z
平衡   1-z            3-3z                 2z
$\frac{2z}{4-2z}$×100%=0.60，解得z=0.75，
若容器的體積為VL，則平衡常數K=$\frac{（\frac{1.5}{V}）^{2}}{\frac{0.25}{V}×（\frac{0.75}{V}）^{3}}$=$\frac{64{V}^{2}}{3}$，故C正確；
D.30 MPa時，若向容器中充入惰性氣體，體積增大，則壓強減小，則合成氨的反應逆向移動，故D錯誤；
故選C．

點評 本題考查化學平衡的計算，為高頻考點，把握化學平衡三段法、體積與物質的量的關系為解答的關鍵，側重分析與計算能力的考查，注意選項B為解答的難點，題目難度不大．