Question

16．500℃、20MPa时，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所示，根据题意完成下列各题：
（1）500℃、20MPa时，反应处于平衡状态的时间段20～25min，35～40min．
（2）反应开始到第一次平衡时，N₂的平均反应速率为0.00375mol/（L．min）．
（3）500℃、20MPa时，据图判断，反应进行到10min至20min时曲线发生变化的原因是：使用催化剂；反应进行到25min时曲线发生变化的原因是：分离出NH₃．

Answer 1

分析 （1）根据图象结合反应处于平衡状态的时各物质的量不变分析；
（2）根据v=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$计算；
（3）据图象知，平衡向正反应方向移动，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；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，据此判断．

解答 解：（1）因为反应处于平衡状态的时各物质的量不变，所以根据图象，500℃、20MPa时，反应处于平衡状态的时间段20～25min，35～40min，故答案为：20～25min，35～40min；
（2）由图象可知，反应开始到第一次平衡时，N₂的物质的量从0.4mol减少到0.25mol，所以反应速率v（N₂）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.4-0.25}{2}}{20}$=0.00375mol/（L．min），故答案为：0.00375mol/（L．min）；
（3）由图象可知各组分物质的量变化增加，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；
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；
故答案为：使用催化剂；分离出NH₃．

点评 本题考查反应速率的计算、平衡移动以及平衡状态的判断，综合性强，侧重反应原理的考查，注意对图象的分析，是高考中的常见题型，试题基础性强，题目难度中等．