Question

9．氨是重要的氮肥，合成原理為：N₂（g）+3H₂（g）$?_{高溫高壓}^{催化劑}$2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．回答下列問題：在500℃、20MPa時，將N₂、H₂置于一個容積為2L的密閉容器中發生反應，反應過程中各種物質的物質的量隨時間的變化如圖1所示，回答下列問題：

（1）10min內 以NH₃表示的平均反應速率為0.005mol/（L．min）
（2）在10～20min內，NH₃濃度變化的原因可能是A
A．使用了催化劑        B．縮小容器體積        C．降低溫度        D．增加NH₃物質的量
（3）第2次平衡時NH₃的體積分數45.5%；
（4）在反應進行至25min時，曲線發生變化的原因：分離出0.1molNH₃達第二次平衡時，新平衡的平衡常數K₂等于K₁（填“大于”、“小于”或“等于”）．
（5）一定條件下NH₃的平衡體積分數隨n（N₂）變化如圖2所示 （T-溫度）．則T₂＜T₁ （填＞、=、＜），判斷的依據是：合成氨反應是放熱反應，溫度升高，平衡向逆反應方向移動，NH₃的體積分數下降，所以T₁＞T₂．

Answer 1

分析 （1）反應速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$計算；
（2）根據圖象知，平衡向正反應方向移動，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；
（3）第2次平衡時NH₃的體積分數等于氨氣的含量；
（4）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，平衡常數僅與溫度有關；
（5）對于放熱反應，升高溫度，化學平衡向著吸熱方向即逆反應方向進行．

解答 解：（1）反應速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{（0.1-0）mol}{2L}}{10min}$=0.005mol/（L．min），
故答案為：0.005mol/（L．min）；
（2）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，
故選A；
（3）第2次平衡時NH₃的體積分數=$\frac{2.5mol}{2.5mol+2.25mol+0.75mol}$=45.5%，
故答案為：45.5%；
（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，因為平衡常數僅與溫度有關，所以K₂等于K₁；
故答案為：分離出0.1molNH₃；等于；
（5）合成氨反應是放熱反應，隨著反應進行，體系溫度逐漸升高，所以化學平衡會逆向移動，導致NH₃的體積分數下降，即溫度越高，NH₃的體積分數越小，所以T₂＜T₁，
故答案為：＜；合成氨反應是放熱反應，溫度升高，平衡向逆反應方向移動，NH₃的體積分數下降，所以T₁＞T₂．

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．