Question

在一定条件下，将H₂和N₂置于一容积为2L的密闭容器中发生反应．反应过程中H₂、N₂和NH₃的物质的量变化如图：
（1）计算反应开始10分钟内，NH₃的平均反应速率

 

（2）反应处于平衡状态的时间是：

 

（3）图中10～20分钟曲线发生变化的可能原因是

 

（4）第25分钟，平衡改变的条件是

 

，此时正反应速率

 

（填增大、减小或不变），重新达平衡后，NH₃的体积分数比原平衡

 

（填大、小或不变）．
（5）判断该反应达到平衡状态的标志是

 

（填字母）；
a．N₂和NH₃浓度相等    b．NH₃百分含量保持不变
c．容器中气体的压强不变      d．NH₃的生成速率与H₂的消耗速率相等
e．容器中混合气体的密度保持不变
（6）若在上述的密闭容器中充入0.80mol N₂（g）和1.60mol H₂（g），反应在一定条件下达到平衡时，NH₃的体积分数为20%．
①该条件下反应2NH₃（g）?N₂（g）十3H₂（g）的平衡常数为

 

．
②相同条件下，在另一相同容器中充入a mol N₂（g）和b mol H₂（g），达到平衡时，测得容器中NH₃为0.8mol，H₂为2.0mol，则a=

 

，b=

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,反应速率的定量表示方法,化学平衡状态的判断,化学平衡的计算

专题：化学平衡专题

分析：（1）根据v=

△c

△t

计算反应速率；
（2）达到平衡状态时，物质的量不变，以此判断达到平衡的时间段；
（3）由图象可知各组分物质的量变化增快，且10min时是连续的，三种气体物质的速率增加倍数相同，说明为使用催化剂；
（4）第25分钟，NH₃的物质的量突然减少，而H₂、N₂的物质的量不变，说明应是分离出NH₃；
（5）当反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不再改变；
（6）令转化的氮气的物质的量为ymol，利用三段式表示出平衡时各组分的物质的量，根据氨气的体积分数列方程计算y的值，计算平衡浓度，倒入平衡常数表达式计算；
（7）温度恒定体积恒定，平称常数不变，应用三行式求解．

解答： 解：（1）v（NH₃）=

0.1mol 2L

10min

=0.005mol?L^-1?min^-1，故答案为：0.005mol?L^-1?min^-1；
（2）由图象可以看出，当反应进行到时20-25min，35-40min，各物质的量不变，说明反应达到平衡状态，故答案为：20-25min，35-40min；
（3）由图可知，0-10分钟内△n（N₂）=0.025mol×2=0.05mol；10-20分钟内△n′（N₂）=0.025mol×4=0.1mol，速率之比等于物质的量之比，所以，0-10分钟与10到20分钟两个时间段中，N₂的反应速率之比为0.05mol：0.1mol=1：2；
由图象可知各组分物质的量变化增快，且10min时变化是连续的，20min达平衡时，△n′（N₂）=0.025mol×4=0.1mol，
△n（H₂）=0.025mol×12=0.3mol，△n（NH₃）=0.025mol×8=0.2mol，物质的量变化之比等于化学计量数之比，三种气体物质的速率增加倍数相同，说明10min可能改变的条件是使用催化剂，
故答案为：使用了催化剂；
（4）第25分钟，NH₃的物质的量突然减少，而H₂、N₂的物质的量不变，说明应是分离出NH₃，生成物的浓度减小，平衡向正反应方向进行，正反应速率减小，重新达平衡后，NH₃的体积分数比原平衡大，
故答案为：分离出0.1molNH₃； 减小；增大；
（5）a．N₂和NH₃浓度是否相等取决于反应的起始量和转化的程度，不能判断是否达到平衡，故a错误；
b．NH₃百分含量保持不变，说明反应达到平衡状态，故b正确；
c．反应前后气体的物质的量不等，容器中气体的压强不变，说明达到平衡状态，故c正确；
d．NH₃的生成速率与H₂的消耗速率相等，正逆反应速率不等，没有达到平衡状态，故d错误；
e．由于气体的质量和容器的体积不变，则无论是否达到平衡状态，容器中混合气体的密度都保持不变，故e错误；
故答案为：bc；
（6）令平衡时转化的氮气的物质的量为ymol，则：
          N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
开始（mol）：0.8   1.6        0
变化（mol）：x     3x        2x
平衡（mol）：0.8-x 1.6-3x    2x
故

2x

0.8-x+1.6-3x+2x

=20%，解得x=0.2，
故 N₂、H₂、NH₃的平衡浓度分别为

0.8mol-0.2mol

2L

=0.3mol/L、

1.6mol-3×0.2mol

2L

=0.5mol/L、

2×0.2mol

2L

=0.2mol/L
故该温度下平衡常数k=

0．22

0.3×0．53

=1.07，
所以该条件下反应2NH₃（g）?N₂（g）十3H₂（g）的平衡常数为0.9375，故答案为：0.9375；
（7）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
开始（mol）：a     b          0
变化（mol）：x     3x         2x
平衡（mol）：a-x   b-3x       2x
达到平衡时，测得容器中NH₃为0.8mol，则2x=0.8mol，x=0.4mol；所以
K=

( 0.8 2 )2

a-0.4 2 ×( 2 2 )3

=1.07，所以a=0.7，所以b-3x=2，所以b=2+3x=3.2mol，
故答案为：0.7；3.2．

点评：本题考查化学平衡的计算、平衡移动以及平衡状态的判断，题目难度中等，注意对图象的分析和平衡常数的应用．