Question

16．合成氨的热化学方程式为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol．现将1molN₂（g）、3molH₂（g）充入一容积为2L的密闭容器中，在500℃下进行反应，10min时达到平衡，NH₃的体积分数为φ，下列说法中正确的是（　　）

• A． 若达到平衡时，测得体系放出9.24kJ热量，则H₂反应速率变化曲线如图甲所示
• B． 反应过程中，混合气体平均相对分子质量为M，混合气体密度为d，混合气体压强为p，三者关系如图乙
• C． 如图丙所示，容器I和II达到平衡时，NH₃的体积分数为φ，则容器I放出热量与容器II吸收热量之和为92.4kJ
• D． 若起始加入物料为1 mol N₂，3 mol H₂，在不同条件下达到平衡时，NH₃的体积分数变化如图丁所示

Answer 1

分析 A、达到平衡时放出的热量为9.24kJ，由热化学方程式可知参加反应的氢气的物质的量为0.3mol，10min内氢气的平均速率为0.015mol/（L•min），反应速率应为由高到低；
B、混合气体的总质量不变，容器的体积不变，混合气体的密度为定值；随反应进行、混合气体的物质的量减小，混合气体的平均相对分子质量增大、混合气体的压强降低；
C、恒温恒容下，容器Ⅱ中按化学计量数转化为N₂、H₂，可得N₂1mol、H₂3mol，容器Ⅰ、容器Ⅱ内为等效平衡．平衡时容器内对应各物质物质的量相等，令平衡时容器内N₂为nmol，结合热化学方程式计算；
D、增大压强平衡向正反应方向移动，升高温度平衡向逆反应方向移动．据此判断平衡时NH₃的体积分数．

解答 解：A、反应开始速率相对较快，达平衡前反应速率相对较慢，所以反应速率应为由高到低，达到平衡时放出的热量为9.24kJ，由热化学方程式可知参加反应的氢气的物质的量为0.3mol，10min内氢气的平均速率为0.015mol/（L•min），最低反应速率应小于0.015mol/（L•min），故A错误；
B、混合气体的总质量不变，容器的体积不变，混合气体的密度为定值；随反应进行、混合气体的物质的量减小，混合气体的平均相对分子质量增大、混合气体的压强降低，故B错误；
C、恒温恒容下，容器Ⅱ中按化学计量数转化为N₂、H₂，可得N₂1mol、H₂3mol，容器Ⅰ、容器Ⅱ内为等效平衡．两种途径中达到平衡时，NH₃的体积分数均为ω，平衡时容器内对应各物质物质的量相等，令平衡时容器内N₂为nmol，则容器Ⅰ中放出的热量为（1-n）mol×92.4kJ/mol=92.4（1-n）kJ，容器Ⅱ内吸收的热量为nmol×92.4kJ/mol=92.4nkJ，容Ⅰ中放出的热量与Ⅱ中吸收的热量之和为92.4（1-n）kJ+92.4nkJ=92.4kJ，故C正确；
D、起始加入的物料均为1molN₂、3molH₂，在不同条件下达到平衡时，比较500℃、2L与500℃、1L，体积小压强大，反应速率快，达到平衡时间短，平衡向正反应移动，平衡时NH₃的体积分数相对较大；比较500℃、2L与400℃、2L，温度增大，反应速率快，达到平衡时间短，平衡向逆反应移动，平衡时NH₃的体积分数相对较小，故D错误．
故选C．

点评 本题考查平衡移动图象、等效平衡、外界对平衡及反应速率的影响等，难度中等，注意D选项中定一议二与先拐先平原则的利用．