Question

合成氨反应是“将空气变成面包”的反应，如果没有合成氨反应，地球将无法养活现在这么多的人．已知合成氨的反应为N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ?mol^-1．
Ⅰ．在体积为5L的恒温、恒容密闭容器甲中，起始时投入2mol N₂、3mol H₂，经过10s达到平衡，测得平衡时NH₃的物质的量为0.8mol．
Ⅱ．在容器乙中，起始时投入3mol N₂、b mol H₂，维持恒温、恒压达到平衡，测得平衡时NH₃的物质的量为1.2mol．此时与容器甲中平衡状态温度相同，相同组分的体积分数都相同．
（1）容器甲10s内用H₂表示的平均反应速率v（H₂）=

0.024mol?L^-1?s^-1

，达平衡时N₂的转化率=

20%

．
（2）甲容器中反应的逆反应速率随时间变化的关系如图．t₂时改变了某一种条件，改变的条件可能是

升高了温度

、

增大了氨的浓度

（填写两项）．
（3）下列哪些情况表明容器乙已达平衡状态

ADE

（填字母）．
A．容器乙中的气体密度不再变化
B．反应的平衡常数不再变化
C．氨气的生成速率等于氮气的消耗速率的2倍
D．断裂1mol N≡N键同时断裂6mol N-H键
E．容器乙中气体的平均相对分子质量不随时间而变化
（4）b=

4.5

．

Answer 1

分析：（1）根据三段式结合题中数据进行计算；
（2）根据图示中t₂时的逆反应速率变化及影响化学反应速率的因素判断改变的条件；
（3）根据达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各组分的浓度不变进行判断；
（4）根据平衡时容器甲与容器乙中各物质的体积分数相等进行计算．

解答：解：（1）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol） 2        3          0
转化量（mol）0.4      1.2        0.8
平衡量（mol）1.6      1.8        0.8
v（H₂）=

1.2mol 5L

10s

=0.024mol?L^-1?s^-1，
平衡时，氮气的转化率=

0.4mol

2mol

×100%=20%，
故答案为：0.024mol?L^-1?s^-1；20%；
（2）t₂时，逆反应速率突然增大，原因可能是使用了催化剂、升高了温度、增大了压强、增大了氨的浓度，而后逆反应速率减小，平衡逆向移动，则只能是t₂时增大了氨的浓度或升高了温度，
故答案为：升高了温度；增大了氨的浓度；
（3）判断达到平衡的标准是“变化量不变”，
A、恒温、恒压达到平衡下，容器乙中的气体密度不再变化，说明容器体积不再变化，可以说明反应达到平衡状态，故A正确；
B、平衡常数只与温度有关，温度不变时，K总是不变的，所以平衡常数不能作为判断化学平衡状态的依据，故B错误；
C、氨气的生成速率与氮气的消耗速率都是正反应速率，不能说明反应达到平衡状态，故C错误；
D、断裂1molN≡N键同时断裂6molN-H键，即消耗1mol N₂的同时消耗2mol NH₃，说明正逆反应速率相等，说明反应达到平衡状态，故D正确；
E、容器乙中气体的平均相对分子质量不随时间而变化，说明体系中各物质的体积分数不变，反应达到平衡状态，故E正确；
故选：ADE；
（4）平衡时容器甲与容器乙中各物质的体积分数相等，甲中达到平衡时，氨气的体积分数为：

0.8mol

1.6mol+1.8mol+0.8mol

=

4

21

，
容器乙中     N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol） 2      3          0
转化量（mol）0.6    1.8         1.2
平衡量（mol）2.4    b-1.8       1.2
氨气的体积分数为：

1.2

2.4+(b-1.8)+1.2

=

4

21

，
解得：b=4.5，
故答案为：4.5．

点评：本题考查了化学平衡状态的判断、化学反应速率的计算等知识，题目难度中等，要求学生掌握化学平衡状态的判断方法、化学反应速率的计算方法．