Question

（2010?崇文區一模）已知：可逆反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0．現有甲、乙兩個容積相同且不變的真空密閉容器，向甲容器中加入1mol N₂（g）和3mol H₂（g），在一定條件下發生反應，達到平衡時放出熱量為Q₁kJ．在相同條件下，向乙容器中加入2mol NH₃（g）并發生反應，達到平衡時吸收熱量為Q₂kJ，若Q₁=3Q₂．下列敘述中正確的是（　　）

A．達平衡時甲中N₂的轉化率為75%

B．達平衡時甲、乙中NH₃的體積分數乙＞甲

C．達到平衡后，再向乙中加入0.25mol N₂（g）、0.75mol H₂（g）和1.5mol NH₃（g），平衡向生成N₂的方向移動

D．乙中反應的熱化學方程式為2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H=+Q₂kJ/mol

Answer 1

分析：A、由于1molN₂和3molH₂完全反應可以生成2molNH₃，所以甲乙兩個體系的平衡狀態是一樣的，即對應氣體的濃度完全相同． 對于同一可逆反應，相同條件下，正反應的反應熱與逆反應的反應熱，數值相等，符號相反，N₂和H₂完全反應時放熱Q，則NH₃完全分解時吸熱也是Q，
根據三段式利用x表示出平衡時甲容器內反應混合物各組分的物質的量為 N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，放出熱量Q₁=xQkJ；
則乙容器反應混合物各組分的物質的量也是為 N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，所以分解的NH₃的物質的量為（2-2x）mol，吸收熱量（1-x）QkJ，利用Q1=3Q₂，列放出求出x的值，轉化的N₂為x，利用轉化率定義計算．
B、達到的平衡是相同平衡；
C、依據平衡常數和濃度商比較判斷；
D、反應熱是全部反應時放出的熱量．

解答：解：A、由于1molN₂和3molH₂完全反應可以生成2molNH₃，所以甲乙兩個體系的平衡狀態是一樣的，即三種氣體的濃度完全相同，對于同一可逆反應，相同條件下，正反應的反應熱與逆反應的反應熱，數值相等，符號相反．N₂和H₂完全反應時放熱Q，則NH₃完全分解時吸熱也是Q，
假設甲容器中的參加反應的氮氣的物質的量為xmol，所以：
對于甲容器：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-QkJ/mol
起始（mol）：1      3          0
變化（mol）：x     3x         2x
平衡（mol）：1-x   3-3x       2x
所以Q₁=xQkJ，
乙容器反應混合物各組分的物質的量也是為N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，所以分解的NH₃的物質的量為（2-2x）mol，
對于乙容器：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H=+QkJ/mol，故吸收的熱量Q₂=

2-2x

2

×QkJ=（1-x）QkJ，
所以3（1-x）Q=xQ，解得x=0.75，所以N₂的轉化率為

0.75

1

×100%=75%，故A正確；
B、甲乙容器中達到的平衡是相同平衡，所以氨氣的體積分數相同，故B錯誤；
C、依據A分析計算得到平衡物質的量N₂為0.25mol，H₂為0.75mol，NH₃為1.5mol，再向乙中加入0.25mol N₂（g）、0.75mol H₂（g）和1.5mol NH₃（g），相當于增大壓強，平衡正向進行，故C錯誤；
D、反應是可逆反應，乙中反應的熱化學方程式為2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H＞+Q₂kJ/mol，故D錯誤；
故選A．

點評：本題考查化學平衡的分析判斷，平衡狀態特征的分析應用，等效平衡的判斷轉化率計算是解題關鍵，題目難度較大．