Question

3．合成氨工業對國民經濟和社會發展具有重要的意義．其原理為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
據此回答以下問題：
（1）①該反應的化學平衡常數表達式為K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
②根據溫度對化學平衡的影響規律可知，對于該反應，溫度越高，其平衡常數的值越小．
（2）某溫度下，若把1mol N₂與3mol H₂置于體積為1L的密閉容器內，反應達到平衡狀態時，測得混合氣體中氨的體積分數為$\frac{1}{3}$，則該溫度下反應的K的計算式=$\frac{1^2}{0.5×1.5^3}$（用分數表示）．能說明該反應達到化學平衡狀態的是bd（填字母）．
a．容器內的密度保持不變
b．容器內壓強保持不變
c．v正（N₂）=2v逆（NH₃）
d．混合氣體中c（NH₃）不變
（3）對于合成氨反應而言，下列有關圖象一定正確的是（選填序號）ac．

（4）相同溫度下，有恒容密閉容器A和恒壓密閉容器B，兩容器中均充入1mol N₂和3mol H₂，此時兩容器的體積相等．在一定條件下反應達到平衡狀態，A中NH₃的體積分數為a，放出熱量Q₁ kJ；B中NH₃的體積分數為b，放出熱量Q₂ kJ．則：a＜b（填“＞”、“=”或“＜”，下同），Q₁＜Q₂，Q₁＜92.4．

Answer 1

分析 （1）①根據化學平衡常數概念列表達式；②反應為放熱反應，升溫反應逆向移動，k變小；
（2）根據三段式和k的表達式可得；化學反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各組分濃度保持不變，據此分析；
（3）a．先出現拐點的先達到平衡，則T₂大，溫度高，平衡逆向移動；
b．平衡時濃度不一定相等；
c．使用催化劑加快反應速率，對平衡無影響；
（4）恒容密閉容器A，反應達到平衡狀態，A中NH₃的體積分數為a，放出熱量Q₁kJ，
而恒壓密閉容器B，均充入1mol N₂和3molH₂，反應發生后總物質的量減少，由pV=nRT可知，相對于A來說，相當于B加壓，則平衡正向移動．

解答 解：（1）①根據化學平衡常數概念列表達式k=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，故答案為：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$
②該反應是放熱反應，溫度越高，反應越逆向進行，K越小，故答案為：小；
（2）設反應氮氣為x，根據三段式：
                N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始濃度：1            3               0
轉化濃度：x             3x              2x
平衡濃度：1-x          3.3x           2x
混合氣體中氨的體積分數為$\frac{1}{3}$，有$\frac{2x}{1-x+3-3x+2x}$=$\frac{1}{3}$，解得x=0.5，則k=$\frac{1^2}{0.5×1.5^3}$；
a．容器體積不變，氣體質量不變，所以容器內的密度始終保持不變，故a不選；
b．容器體積不變，反應前后氣體物質的量不同，所以容器內壓強保持不變說明反應達到平衡狀態，故b選；
c．v_正（N₂）=2v_逆（NH₃），不符合化學計量數之比，故c不選；
d．混合氣體中c（NH₃）不變，說明各組分濃度都不變，反應達到平衡狀態，故d選；
故答案為：$\frac{1^2}{0.5×1.5^3}$；bd；
（3）a．先出現拐點的先達到平衡，則T₂大，溫度高，平衡逆向移動，與圖象一致，故a正確；
b．平衡時濃度不一定相等，平衡濃度取決起始濃度和轉化率，圖象表示錯誤，故b錯誤；
c．使用催化劑加快反應速率，對平衡無影響，平衡時物質的濃度不變，與圖象一致，故c正確；
故答案為：ac；
（4）恒容密閉容器A，反應達到平衡狀態，A中NH₃的體積分數為a，放出熱量Q₁kJ，而恒壓密閉容器B，均充入1mol N₂和3molH₂，反應發生后總物質的量減少，由pV=nRT可知，相對于A來說，相當于B加壓，則平衡正向移動，氨氣的體積分數變大，所以a＜b，B中放出的熱量對，則Q₁＜Q₂，熱化學方程式中反應熱為完全反應放出的熱量，而A中不能完全轉化，放出的熱量少，則Q₁＜92.4；
故答案為：＜；＜；＜．

點評 本題考查較綜合，涉及化學平衡的計算、影響反應速率及平衡的因素、平衡的判定、熱化學反應方程式，化學平衡圖象等，注重高考常考查點的考查，注意圖象的分析，題目難度中等．