Question

氨的合成是最重要的化工生产之一。
I．工业上合成氨用的H₂有多种制取的方法：
① 用焦炭跟水反应：      C(s）+ H₂O(g)CO(g）+ H₂(g)；
② 用天然气跟水蒸气反应：CH₄(g）+ H₂O(g） CO (g)+ 3H₂(g)
已知有关反应的能量变化如下图，则方法②中反应的ΔH =__________    ___。

Ⅱ．在3个1L的密闭容器中，同温度下、使用相同催化剂分别进行反应：
3H₂(g）+ N₂(g）2NH₃(g)，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，反应达到平衡时有关数据为：

容 器	甲	乙	丙
反应物投入量	3 mol H2、2 mol N2	6 mol H2、4mol N2	2 mol NH3
达到平衡的时间（min）	t	5	8
平衡时N2的浓度（mol·L-1）	c1	3
N2的体积分数	ω1	ω2	ω3
混合气体密度（g·L-1）	ρ1	ρ2

 
(1）下列能说明该反应已达到平衡状态的是
a．容器内N₂、H₂、NH₃的浓度之比为1︰3︰2
b．v（N₂）_正＝3v（H₂）_逆
c．容器内压强保持不变
d．混合气体的密度保持不变
(2）甲容器中达到平衡所需要的时间t     5min (填>、< 或=)
(3）乙中从反应开始到平衡时N₂的平均反应速率       （注明单位）。
(4）分析上表数据，下列关系正确的是________．
a．2c₁ =3mol/L         b．ω₁ = ω₂            c．2ρ₁ = ρ₂    
(5）该温度下，容器乙中，该反应的平衡常数K=____  __（用分数表示）（mol/L）^－2。

Answer 1

（16分）I．ΔH =（a+3b-c）( 3分）
Ⅱ．(1）c（3分）；
(2）t > 5 （2分）；
(3）0．2 mol·L^-1·min^-1（2分，数据1分，单位1分）
(4）c（3分）；
(5）K= 4/81（3分）

试题分析：I．由图知CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g）△H=-akJ/mol；    ①
H₂(g)+1/2O₂(g)= H₂O(g）      △H=-bkJ/mol；       ②
CH₄(g)+2O₂(g)= 2H₂O(g)+ CO₂(g）        △H=-ckJ/mol        ③；根据盖斯定律得方法②中反应的ΔH =③-①-②×3=-c-(-a)-(-b)×3=（a+3b-c）kJ/mol；
Ⅱ．(1)a、平衡时容器内N₂、H₂、NH₃的浓度之比不一定为1︰3︰2，错误；b、根据化学方程式得3v（N₂）_正＝v（H₂）_逆 ，错误；c、容器体积不变，一定温度下，随着反应的进行，气体的物质的量在减少，所以容器的压强逐渐减小，当平衡时，压强不再变化，正确；d、根据质量守恒定律，该恒容容器中的气体的密度一直不变，不能判断平衡状态的到达，错误，答案选c。
（2）甲与乙比，反应物的浓度小，所以反应速率慢，达平衡的时间长，则t>5min；
（3）氮气的初始浓度是4mol/L，平衡浓度是3mol/L，所以氮气的浓度减少1mol/L，则乙中氮气的平均反应速率为1mol/L/5min=0．2mol·L^-1·min^-1
(4)乙与甲比，乙的反应物浓度是甲的2倍，相当于在甲的平衡的基础上又充入3 mol H₂、2 mol N₂，若平衡不移动，则2c₁ =3mol/L，ω₁ = ω₂，而实际在恒温恒容时增大反应物的浓度平衡正向移动，所以3>2c₁，ω₂ >ω₁ ，ab错误；对于恒容条件下的可逆反应，体系中各物质均是气体，乙中的气体质量是甲中气体质量的2倍，所以乙的密度也是甲的2倍，c正确，答案选c。
(5)根据（3）的计算，消耗氮气1mol/L，消耗氢气3mol/L，则生成氨气2mol/L．该温度下，容器乙中各物质的平衡浓度分别为c（N₂）=3mol/L，c（H₂）=3mol/L，c（NH₃）=2mol/L，所以
K= c（NH₃）²/ c（N₂）·c（H₂）³=4/81（mol/L）^－2