Question

13．150℃時，向如圖所示的容器（密封的隔板可自由滑動，整個過程中保持隔板上部壓強不變）中加入4LN₂和H₂的混合氣體，在催化劑作用下充分反應（催化劑體積忽略不計），反應后恢復到原溫度．平衡后容器體積變為3.4L，容器內氣體對相同條件的氫氣的相對密度為5．
（1）反應前混合氣體中V（N₂）：V（H₂）=1：3，反應達平衡后V（NH₃）=0.6L，該反應中N₂轉化率為30%；
（2）向平衡后的容器中充入0.2mol的NH₃，一段時間后反應再次達到平衡，恢復到150℃時測得此過程中從外界吸收了6.44kJ的熱量；
①充入NH₃時，混合氣體的密度將增大，在達到平衡的過程中，混合氣體的密度將減小
（填“增大”、“減小”或“不變”）；反應重新達平衡的混合氣體對氫氣的相對密度將=5（填“＞”、“＜”或“=”）．
②下列哪些實驗現象或數據能說明反應重新到達了平衡ABD；
A．容器不再與外界發生熱交換
B．混合氣體的平均相對分子質量保持不變
C．當V（N₂）：V（H₂）：V（NH₃）=1：3：2時
D．當容器的體積不再發生變化時
③寫出該反應的熱化學方程式：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）設起始時氮氣體積為x L，平衡后氣體體積減小了4L-3.4L=0.6L，則：
          N₂ （g）+3H₂ （g）?2NH₃（g） 體積減小△V=2
起始（L）：x       4-x              0
變化（L）：0.3     0.9             0.6                    0.6
平衡（L）：x-0.3   3.1-x        0.6
平衡時容器內氣體對相同條件的氫氣的相對密度為5，則相對分子質量=5×2=10，故$\frac{x-0.3}{3.4}$×28+$\frac{3.1-x}{3.4}$×2=10，解得：x=1，據此解答；
（2）①充入氨氣，平衡不移動時，平均相對分子質量增大，同溫同壓下，密度之比等于其相對分子質量之比；由（1）分析可知N₂、H₂的起始物質的量之比為1：3，再向平衡后的容器中充入O．2mol的NH₃，平衡逆向移動，恒溫恒壓下與原平衡為等效平衡，平衡時各組分含量不變；
②可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡；
③從（1）計算可知，氮氣的轉化率為30%，則氨氣分解率為70%，故0.2mol×70%氨氣分解吸收6.44kJ熱量，則2mol氨氣分解吸收熱量為：6.44kJ×$\frac{2mol}{0.14mol}$=92kJ，則生成2mol氨氣放出92kJ熱量，注明物質的聚集狀態與反應熱書寫熱化學方程式．

解答 解：（1）設起始時氮氣體積為x L，平衡后氣體體積減小了4L-3.4L=0.6L，則：
         N₂ （g）+3H₂ （g）?2NH₃（g） 體積減小△V=2
起始（L）：x     4-x         0
變化（L）：0.3    0.9        0.6            0.6
平衡（L）：x-0.3  3.1-x      0.6
平衡時容器內氣體對相同條件的氫氣的相對密度為5，則相對分子質量為5×2=10，則$\frac{x-0.3}{3.4}$×28+$\frac{3.1-x}{3.4}$×2=10，解得：x=1，
反應前V（N₂）：V（H₂）=1L：（4-1）L=1：3，反應達到平衡時V（NH₃）=0.6L，則N₂的轉化率為：$\frac{0.3L}{1L}$×100%=30%，
故答案為：1：3；0.6；30%；
（2）①再加入0.2m0l氨氣，由于氨氣平均相對分子質量為17，大于10，故混合氣體平均新東方在增大，則混合氣體密度增大，反應過程中，平衡逆向移動，向體積增大方向移動，故混合氣體密度減小，由（1）分析可知N₂、H₂的起始物質的量之比為1：3，恒溫恒壓下與原平衡為等效平衡，平衡時各組分含量不變，平衡時平均摩爾質與原平衡相等，故相對氫氣密度為5，
故答案為：增大；減小；=；
②A．容器不再與外界發生熱交換，說明反應過程中熱量不變，反應到達平衡，故A正確；
B．混合氣體總質量不變、總物質的量變化，則混合氣體的平均相對分子質量發生變化，但平均相對分子質量保持不變，說明反應到達平衡，故B正確；
C．平衡時各組分的體積之比與起始量及轉化率有關，平衡時不一定等于化學計量數之比，故C錯誤；
D．恒溫恒壓下，隨反應進行氣體總體積減小，當容器的體積不再發生變化時，說明反應到達平衡，故D正確，
故答案為：ABD；
③從（1）計算可知，氮氣的轉化率為30%，則氨氣分解率為70%，故0.2mol×70%氨氣分解吸收6.44kJ熱量，則2mol氨氣分解吸收熱量為：6.44kJ×$\frac{2mol}{0.14mol}$=92kJ，則生成2mol氨氣放出92kJ熱量，合成氨氣的熱化學方程式為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ/mol，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92kJ/mol．

點評 本題考查化學平衡計算、平衡狀態判斷、熱化學方程式書寫等知識，題目難度中等，（2）為易錯點，解答關鍵是對等效平衡規律的理解，側重考查學生分析計算能力，注意掌握化學平衡及其影響．