Question

6．将1molN₂和3mol H₂充入体积可变的恒温密闭容器中，在380℃下发生反应：N₂（g）+3H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2NH₃（g），平衡时，体系中氨的体积分数（NH₃）随压强变化的情况如表：

压强/MPa	10	20	30	40
φ（NH3）	0.30	0.45	0.54	0.60

下列说法正确的是（　　）

• A． 10 MPa时，H₂的转化率为75%
• B． 20 MPa时，NH₃的物质的量浓度是10 MPa时的1.5倍
• C． 40 MPa时，若容器的体积为VL，则平衡常数$K=\frac{{64{V^2}}}{3}$
• D． 30 MPa时，若向容器中充入惰性气体，则平衡向正反应方向移动

Answer 1

分析 1molN₂和3mol H₂充入体积可变的恒温密闭容器中，温度、压强不变，则物质的量与体积成正比，
A.10 MPa时，设转化的氢气为xmol，则
         N₂（g）+3H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2NH₃
开始    1             3                       0
转化     x             3x                     2x
平衡   1-x            3-3x                   2x
$\frac{2x}{1-x+3-3x+2x}$×100%=0.3，解得x=0.461mol；
B.20 MPa时，设转化的氢气为ymol，则
         N₂（g）+3H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2NH₃
开始    1             3                       0
转化    y             3y                     2y
平衡   1-y            3-3y                 2y
$\frac{2y}{1-y+3-3y+2y}$×100%=0.45，解得y=0.621mol；
C.40 MPa时，设转化的氢气为zmol，则
         N₂（g）+3H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2NH₃
开始    1             3                       0
转化    z             3z                     2z
平衡   1-z            3-3z                 2z
$\frac{2z}{4-2z}$×100%=0.60，解得z=0.75，结合平衡浓度计算K；
D.30 MPa时，若向容器中充入惰性气体，体积增大，则压强减小．

解答 解：1molN₂和3mol H₂充入体积可变的恒温密闭容器中，温度、压强不变，则物质的量与体积成正比，
A.10 MPa时，设转化的氢气为xmol，则
         N₂（g）+3H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2NH₃
开始    1             3                       0
转化     x             3x                     2x
平衡   1-x            3-3x                   2x
$\frac{2x}{1-x+3-3x+2x}$×100%=0.3，解得x=0.461mol，则H₂的转化率为$\frac{0.461mol}{1mol}$×100%=46.1%，故A错误；
B.20 MPa时，设转化的氢气为ymol，则
         N₂（g）+3H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2NH₃
开始    1             3                       0
转化    y             3y                     2y
平衡   1-y            3-3y                 2y
$\frac{2y}{1-y+3-3y+2y}$×100%=0.45，解得y=0.621mol，则氨气的物质的量不是10MPa时的1.5倍，即NH₃的物质的量浓度不是10 MPa时的1.5倍，故B错误；
C.40 MPa时，设转化的氢气为zmol，则
         N₂（g）+3H₂（g）$\stackrel{催化剂}{?}$2NH₃
开始    1             3                       0
转化    z             3z                     2z
平衡   1-z            3-3z                 2z
$\frac{2z}{4-2z}$×100%=0.60，解得z=0.75，
若容器的体积为VL，则平衡常数K=$\frac{（\frac{1.5}{V}）^{2}}{\frac{0.25}{V}×（\frac{0.75}{V}）^{3}}$=$\frac{64{V}^{2}}{3}$，故C正确；
D.30 MPa时，若向容器中充入惰性气体，体积增大，则压强减小，则合成氨的反应逆向移动，故D错误；
故选C．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，把握化学平衡三段法、体积与物质的量的关系为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意选项B为解答的难点，题目难度不大．