Question

11．在恒溫條件下起始時容積均為5L的甲、乙兩密閉容器中（甲為恒容容器、乙為恒壓容器），均進行反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂=-92.4kJ/mol，有關數據及特定平衡狀態見表．

容器	起始投入			達平衡時
甲	2molN2	3molH2	0molNH3	1.5molNH3
乙	amolN2	bmolH2	0molNH3]	1.2molNH3

（1）若平衡后同種物質的體積分數相同，起始時乙容器通入的N₂的物質的量為1.6mol，
起始時乙中的壓強是甲容器的0.8倍，乙的平衡常數為107（mol/L）^-2
（2）恒容密閉容器中可以發生氨氣的分解反應，達平衡后，僅改變下表中反應條件x，下列各項中y隨x的增大而增大的是bc（選填序號）．

選項	a	b	c	d
x	溫度	溫度	加入H2的物質的量	加入氨氣的物質的量
y	混合氣體的平均相對分子質量	平衡常數K	混合氣體的密度	達平衡時氨氣的轉化率

（3）研究在其他條件不變時，改變起始物氫氣的物質的量對反應的影響，實驗結果如圖所示（圖中T表示溫度，n表示物質的量）：
①像中T₂和T₁的關系是：T₂低于T₁（填“高于”“低于”“等于”“無法確定”）．
②a、b、c三點中，N₂轉化率最高的是c（填字母）．
③若容器容積為1L，T₂℃在起始體系中加入1mol N₂，3molH₂，經過5min反應達到平衡時H₂的轉化率為60%，則NH₃的反應速率為0.24mol．L^-1．min^-1．保持容器體積不變，若起始時向容器內放入2mol N₂和6mol H₂，達平衡后放出的熱量為Q，則Q＞110.88kJ（填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）平衡后同種物質的體積分數相同，說明甲乙平衡狀態相同，是等效平衡；依據圖表數據和平衡三段式列式計算，氣體壓強之比等于氣體物質的量之比；
（2）a．該反應是吸熱反應，升高溫度平衡向正反應方向移動，混合氣體總物質的量增大；
b．平衡常數只與溫度有關，溫度改變平衡常數改變，升高溫度平衡向正反應方向移動；
c．加入氫氣，混合氣體質量增大、但容器體積不變；
d．加入氨氣，平衡向正反應方向移動，但其轉化率減小；
（3）①該反應為放熱反應，根據溫度升高化學平衡向著吸熱方向進行；
②根據增加反應物濃度（氫氣）的物質的量化學平衡向著正反應方向移動；
③化學平衡三行計算列式計算，反應速率v=$\frac{△c}{△t}$計算，結合平衡計算H₂的轉化率為60%時放出的熱量，若起始時向容器內放入2mol N₂和6mol H₂，相當于增大壓強平衡正向進行，反應是可逆反應不能進行徹底，放出熱量小于2×92.4kJ/mol=184.8KJ，大于H₂的轉化率為60%時放出的熱量的2倍．

解答 解：（1）甲、乙兩組實驗中同種物質的體積分數相同，說明達到相同的平衡狀態，乙容器體積V，$\frac{1.5mol}{5L}$=$\frac{1.2mol}{V}$，V=4L；根據三段式：
甲：N₂+3H₂?2NH₃，
起始量       2    3     0
變化量    0.75   2.25  1.5
平衡量    1.25   0.75   1.5
乙：N₂+3H₂?2NH₃，
起始量   a     b       0
變化量 0.6    1.8     1.2
平衡量 a-0.6 b-1.8    1.2
$\frac{1.25mol}{5L}$=$\frac{（a-0.6）mol}{4L}$，得a=1.6mol，$\frac{0.75mol}{5L}$=$\frac{（b-1.8）mol}{4L}$．得b=2.4mol；起始時乙容器中的壓強是甲容器的倍數為：$\frac{1.6mol+2.4mol}{2mol+3mol}$=0.8，乙的平衡常數k=$\frac{（1.2mol÷4L）^2}{（1mol÷4L）•（0.6mol÷4L）^3}$=107（mol/L）^-2
故答案為：1.6mol；   0.8； 107（mol/L）^-2
（2）a．該反應是吸熱反應，升高溫度平衡向正反應方向移動，混合氣體總物質的量增大，混合氣體總質量不變，平均相對分子質量減小，故a錯誤；
b．平衡常數只與溫度有關，溫度改變平衡常數改變，升高溫度平衡向正反應方向移動，平衡常數增大，故b正確；
c．加入氫氣，混合氣體質量增大、但容器體積不變，混合氣體密度增大，故c正確；
d．加入氨氣，平衡向正反應方向移動，但其轉化率減小，故d錯誤，
故答案為：bc；
（3）①為反應為放熱反應，溫度升高化學平衡向著吸熱方向進行，從T₁到T₂生成物氨氣的量增加，平衡正移，故T₂＜T₁；
故答案為：低于；
②b點代表平衡狀態，c點又加入了氫氣，故平衡向右移動，氮氣的轉化率增大；
故答案為：c；
③化學平衡三段式計算列式計算，
             N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）1         3         0
變化量（mol）0.6      3×60%    1.2
平衡量（mol） 0.4       1.2      1.2
 反應速率v=$\frac{1.2mol÷1L}{5min}$=0.24mol．L^-1．min^-1；此時反應放出熱量=92.4kJ/mol×$\frac{1.8}{3}$=55.44KJ，結合平衡計算H₂的轉化率為60%時放出的熱量，若起始時向容器內放入2mol N₂和6mol H₂，相當于增大壓強平衡正向進行，反應是可逆反應不能進行徹底，放出熱量小于2×92.4kJ/mol=184.8KJ，大于H₂的轉化率為60%時放出的熱量的2倍，即熱量＞55.44KJ×2=110.88kJ．
故答案為：0.24mol．L^-1．min^-1；＞．

點評 本題考查了影響化學反應速率的計算、外界條件對平衡的影響和化學平衡常數的書寫，為高頻考點，綜合性較強，難度中等，注意化學反應原理的合理利用，掌握三段式解題法，加強計算能力的培養．