Question

对合成氨的研究具有很高的应用价值．在三个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）

高温、高压  .

催化剂

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如下表：

容器	甲	乙	丙
起始物质投入量	3molH2、2molN2	6molH2、4molN2	、2molNH3
达到平衡的时间 /min	t	5	8
平衡时N的浓度/mol．L-1	c1	3
N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

 

（填字母序号）．
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的化学反应速率为

 

．
（4）分析上表数据，下列关系正确的是

 

（填字母序号）．
a．2c₁=3mol?L^-1 b．ω₁=ω₂    c．2ρ₁=ρ₂
（5）该温度下，反应的化学平衡常数K=

 

（用分数表示）．

Answer 1

考点：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：Ⅱ．（1）达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，以此判断．
（2）甲容器比乙容器中反应物的浓度小，反应速率比乙中小，故达到平衡所需要的时间更长；
（3）先计算出用氮气表示的反应速率，然后利用化学计量数关系计算出用氢气表示的反应速率；
（4）先将丙中的数据按照化学计量数转化成反应物氮气、氢气的物质的量，然后利用等效平衡知识进行分析；
（5）计算出反应前氮气、氢气的物质的量浓度，然后利用化学平衡三段式计算出达到平衡时各组分的浓度，最后根据化学平衡常数表达式计算出该温度下的平衡常数．

解答： 解：（1）a．容器内N₂、H₂、NH₃的浓度之比为1：3：2，不能说明达到判断状态，取决于起始配料比和转化程度，故a错误；
b．当3v（N₂）_正=v（H₂）_逆时，才说明达到平衡状态，故b错误；
c．容器内压强保持不变，可说明达到平衡状态，故c正确；
d．恒容时体积不变，质量不变，则混合气体的密度保持不变，不能达到平衡状态，故d错误．
故答案为：c；
2）若为恒压容器，甲乙容器中达到平衡所用时间相同，为5min，但是容器恒容，甲容器比乙容器中反应物的浓度小，反应速率比乙中小，故达到平衡所需要的时间更长，即t＞5min，故答案为：＞；
（3）容器乙中，反应前氮气的浓度为：

4mol

1L

=4mol/L，氮气的平均反应速率为：v（N₂）=

(4-3)mol/L

5min

=0.2mol?L^-1?min^-1，故答案为：0.2 mol?L^-1?min^-1；
（4）恒温、恒容条件下：
a．假设乙容器的容积为2L，则达到平衡时甲乙为等效平衡，各组分的含量、浓度相等，此时氮气的浓度为c₁，然后将容器的容积缩小到2L，若平衡不移动，2c₁=3mol/L，由于压强增大，平衡向着正向移动，所以2c₁＞3mol/L，故a错误；    
b．乙中加入了4mol氮气、6mol氢气，而甲中为3mol H₂、2mol N₂，故乙对甲来说相当于加压，平衡右移，氮气的体积分数减小，所以ω₂＜ω₁，故b错误；
c．反应前后都是气体，容器的容积都是2L，乙中混合气体的质量为甲的2倍，根据ρ=

m

V

可知：2ρ₁=ρ₂，故c正确；
故选c；
（5）乙容器中，反应前氢气浓度为：c（H₂）=

6mol

1L

=4mol/L，氮气的浓度为：

4mol

1L

=4mol/L，达到平衡时氮气的浓度变化为：（4-3）=1mol/L，
    由三段式可知：3H₂ （g）+N₂（g）?2NH₃（g）
反应前（mol/L）：6        4         0
浓度变化（mol/L）：3        1         2
反应后：（mol/L）：3        3         2
在该温度下乙容器中反应的平衡常数K=

32

33×3

=

4

81

，
故答案为：

4

81

．

点评：本题考查较为综合，化学平衡、速率的计算等，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，为高考常见题型和高频考点，注意利用三段式法计算，较为直观，难度不大．