Question

4．Ⅰ在一定溫度下，把2體積N₂和6體積H₂通入一個帶活塞的體積可變的容器中，活塞的一端與大氣相通（如圖1所示）．容器中發生以下反應：N₂+3H₂?2NH₃（放熱），若達到平衡后，測得混合氣體的體積為7體積．據此回答下列問題：
（1）保持上述反應溫度不變，設a、b、c分別代表初始加入的N₂、H₂和NH₃的體積，如果反應達到平衡時，各物質的百分含量和體積與上述平衡時完全相同，那么
①若a=1，c=2，則b=3．在此情況下，反應起始時將向逆反應方向進行．
②若需規定起始反應向逆方向進行，則c的范圍是1＜c≤4．
（2）在上述裝置中，若需控制平衡后混合氣體為6.5體積，則可采取的措施是降低溫度理由是降低溫度平衡向正反應方向移動，氣體總分子數減少．
Ⅱ在容積不同的密閉容器內，分別充入同量的N₂和H₂，在不同溫度下，任其發生反應N₂+3H₂I?2NH₃，并分別在t秒時測定其中NH₃的體積分數，繪圖如圖2：

（3）A，B，C，D，E五點中，尚未達到化學平衡狀態的點是AB．
（4）AC段的曲線是增函數，CE段曲線是減函數，試從反應速率和平衡角度說明理由．AC段的曲線是增函數，原因開始時反應物的濃度最大反應向正向進行，溫度在升高反應速率進一步加快，所以NH₃%逐漸增大．CE段曲線是減函數，原因在C點時該反應已經達到了平衡狀態，隨著溫度的升高平衡逆向移動所以NH₃%逐漸減小．

Answer 1

分析 I．（1）①在恒溫恒壓下，要使平衡狀態與原平衡狀態完全等效，可以采用極限轉化處理，按化學計量數轉化到左邊，應滿足2體積N₂、6體積H₂，計算原平衡時氨氣的體積，根據氨氣體積判斷反應進行方向；
②若讓反應逆向進行，氨氣的體積必須大于原平衡時氨氣的體積，最大值則為2體積氮氣和6體積氫氣完全反應時產生的氨氣的體積；
（2）平衡后混合氣體為6.5體積＜7體積，恒壓條件下，應是改變溫度影響平衡移動，平衡向正反應方向移動；
Ⅱ．（3）T₃之前氨氣體積分數增大，說明化學平衡向正反應方向移動，尚未達到化學平衡狀態，從T₃開始，氨氣體積分數減小，化學平衡向逆反應方向移動；
（4）因為反應開始時，正反應速率大于逆反應速率，生成NH₃的速度比消耗NH₃速度要大，故NH₃的體積分數不斷增加，AC段曲線是增函數；而當達到平衡以后，溫度升高，平衡逆向移動，故NH₃的體積分數不斷減少，CE段曲線是減函數．

解答 解：（1）①反應達到平衡后混合氣體中各物質的量仍與上述平衡時完全相同，恒溫恒壓條件下，采用極限分析，按化學計量數轉化到左邊，應滿足2體積N₂、6體積H₂，2體積的氨氣完全轉化得到1體積氮氣、3體積氫氣，故1+a=1+1=2，3+b=6，則b=3，
因反應前混合氣體為8體積，反應后混合氣體為7體積，體積差為1體積，則：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g） 體積減少
                2          2
                1體積      1體積
故平衡時氨氣為1體積，而在起始時，氨氣的體積c=2體積，比平衡狀態時大，為達到同一平衡狀態，氨的體積必須減小，所以平衡逆向移動，
故答案為：3；逆反應；
②若讓反應逆向進行，由上述①所求出的平衡時氨氣為1體積，氨氣的體積必須大于1體積，最大值則為2體積氮氣和6體積氫氣完全反應時產生的氨氣的體積，即為4體積，則1＜c≤4，
故答案為：1＜c≤4；
（2）平衡后混合氣體為6.5體積＜7體積，恒壓條件下，應是改變溫度影響平衡移動，由于正反應為放熱反應，且是氣體總分子數減小的反應，只能為降低溫度，
故答案為：降低溫度；降低溫度平衡向正反應方向移動，氣體總分子數減少；
Ⅱ．（3）T₃之前氨氣體積分數增大，說明化學平衡向正反應方向移動，尚未達到化學平衡狀態，從T₃開始，氨氣體積分數減小，化學平衡向逆反應方向移動，A、B未達達到化學平衡狀態，故答案為：AB；
（4）因為反應開始時，正反應速率大于逆反應速率，生成NH₃的速度比消耗NH₃速度要大，故NH₃的體積分數不斷增加，AC段曲線是增函數；而當達到平衡以后，溫度升高、平衡逆向移動，故NH₃的體積分數不斷減少，CE段曲線是減函數，
故答案為：AC段的曲線是增函數，原因開始時反應物的濃度最大反應向正向進行，溫度在升高反應速率進一步加快，所以NH₃%逐漸增大．CE段曲線是減函數，原因在C點時該反應已經達到了平衡狀態，隨著溫度的升高平衡逆向移動所以NH₃%逐漸減小．

點評 本題考查等效平衡、化學平衡影響因素等，注意理解等效平衡規律，難度中等．