Question

在一定條件下，將H₂和N₂置于一容積為2L的密閉容器中發生反應．反應過程中H₂、N₂和NH₃的物質的量變化如圖：
（1）計算反應開始10分鐘內，NH₃的平均反應速率

 

（2）反應處于平衡狀態的時間是：

 

（3）圖中10～20分鐘曲線發生變化的可能原因是

 

（4）第25分鐘，平衡改變的條件是

 

，此時正反應速率

 

（填增大、減小或不變），重新達平衡后，NH₃的體積分數比原平衡

 

（填大、小或不變）．
（5）判斷該反應達到平衡狀態的標志是

 

（填字母）；
a．N₂和NH₃濃度相等    b．NH₃百分含量保持不變
c．容器中氣體的壓強不變      d．NH₃的生成速率與H₂的消耗速率相等
e．容器中混合氣體的密度保持不變
（6）若在上述的密閉容器中充入0.80mol N₂（g）和1.60mol H₂（g），反應在一定條件下達到平衡時，NH₃的體積分數為20%．
①該條件下反應2NH₃（g）?N₂（g）十3H₂（g）的平衡常數為

 

．
②相同條件下，在另一相同容器中充入a mol N₂（g）和b mol H₂（g），達到平衡時，測得容器中NH₃為0.8mol，H₂為2.0mol，則a=

 

，b=

 

．

Answer 1

考點：物質的量或濃度隨時間的變化曲線,反應速率的定量表示方法,化學平衡狀態的判斷,化學平衡的計算

專題：化學平衡專題

分析：（1）根據v=

△c

△t

計算反應速率；
（2）達到平衡狀態時，物質的量不變，以此判斷達到平衡的時間段；
（3）由圖象可知各組分物質的量變化增快，且10min時是連續的，三種氣體物質的速率增加倍數相同，說明為使用催化劑；
（4）第25分鐘，NH₃的物質的量突然減少，而H₂、N₂的物質的量不變，說明應是分離出NH₃；
（5）當反應達到化學平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不再改變；
（6）令轉化的氮氣的物質的量為ymol，利用三段式表示出平衡時各組分的物質的量，根據氨氣的體積分數列方程計算y的值，計算平衡濃度，倒入平衡常數表達式計算；
（7）溫度恒定體積恒定，平稱常數不變，應用三行式求解．

解答： 解：（1）v（NH₃）=

0.1mol 2L

10min

=0.005mol?L^-1?min^-1，故答案為：0.005mol?L^-1?min^-1；
（2）由圖象可以看出，當反應進行到時20-25min，35-40min，各物質的量不變，說明反應達到平衡狀態，故答案為：20-25min，35-40min；
（3）由圖可知，0-10分鐘內△n（N₂）=0.025mol×2=0.05mol；10-20分鐘內△n′（N₂）=0.025mol×4=0.1mol，速率之比等于物質的量之比，所以，0-10分鐘與10到20分鐘兩個時間段中，N₂的反應速率之比為0.05mol：0.1mol=1：2；
由圖象可知各組分物質的量變化增快，且10min時變化是連續的，20min達平衡時，△n′（N₂）=0.025mol×4=0.1mol，
△n（H₂）=0.025mol×12=0.3mol，△n（NH₃）=0.025mol×8=0.2mol，物質的量變化之比等于化學計量數之比，三種氣體物質的速率增加倍數相同，說明10min可能改變的條件是使用催化劑，
故答案為：使用了催化劑；
（4）第25分鐘，NH₃的物質的量突然減少，而H₂、N₂的物質的量不變，說明應是分離出NH₃，生成物的濃度減小，平衡向正反應方向進行，正反應速率減小，重新達平衡后，NH₃的體積分數比原平衡大，
故答案為：分離出0.1molNH₃； 減��；增大；
（5）a．N₂和NH₃濃度是否相等取決于反應的起始量和轉化的程度，不能判斷是否達到平衡，故a錯誤；
b．NH₃百分含量保持不變，說明反應達到平衡狀態，故b正確；
c．反應前后氣體的物質的量不等，容器中氣體的壓強不變，說明達到平衡狀態，故c正確；
d．NH₃的生成速率與H₂的消耗速率相等，正逆反應速率不等，沒有達到平衡狀態，故d錯誤；
e．由于氣體的質量和容器的體積不變，則無論是否達到平衡狀態，容器中混合氣體的密度都保持不變，故e錯誤；
故答案為：bc；
（6）令平衡時轉化的氮氣的物質的量為ymol，則：
          N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始（mol）：0.8   1.6        0
變化（mol）：x     3x        2x
平衡（mol）：0.8-x 1.6-3x    2x
故

2x

0.8-x+1.6-3x+2x

=20%，解得x=0.2，
故 N₂、H₂、NH₃的平衡濃度分別為

0.8mol-0.2mol

2L

=0.3mol/L、

1.6mol-3×0.2mol

2L

=0.5mol/L、

2×0.2mol

2L

=0.2mol/L
故該溫度下平衡常數k=

0．22

0.3×0．53

=1.07，
所以該條件下反應2NH₃（g）?N₂（g）十3H₂（g）的平衡常數為0.9375，故答案為：0.9375；
（7）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始（mol）：a     b          0
變化（mol）：x     3x         2x
平衡（mol）：a-x   b-3x       2x
達到平衡時，測得容器中NH₃為0.8mol，則2x=0.8mol，x=0.4mol；所以
K=

( 0.8 2 )2

a-0.4 2 ×( 2 2 )3

=1.07，所以a=0.7，所以b-3x=2，所以b=2+3x=3.2mol，
故答案為：0.7；3.2．

點評：本題考查化學平衡的計算、平衡移動以及平衡狀態的判斷，題目難度中等，注意對圖象的分析和平衡常數的應用．