Question

【题目】工业上通常采用N2(g)和H2(g)催化成NH3(g)：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=﹣92.4 kJmol﹣1。

（1）在一定温度下，若将10amol N2和30amol H2放入2 L的密闭容器中，充分反应后测得平衡时N2的转化率为60%，则该反应的平衡常数为________（用含a的代数式表示）。若此时再向该容器中投入10amol N2、20amol H2和20amol NH3，判断平衡移动的方向是______（填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”）。

（2）若反应起始时N2、H2、NH3的浓度分别为0.1 mol·L﹣1、0.3 mol·L﹣1、0.1 mol·L﹣1，则NH3达到平衡时浓度的范围为_____；若平衡时N2、H2、NH3的浓度分别为0.1 mol·L﹣1、0.3 mol·L﹣1、0.1 mol·L﹣1，则NH3起始时浓度的范围为_____。

（3）一定条件下，在容积相同的三个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如表：

容，测得反应达到平衡时的有关数据如表：

容器 反应物投入量		甲	乙	丙
		1molN2、3molH2	2molNH3	4molNH3
平衡时数据	反应能量变化的绝对值(kJ)	Q1	Q1	Q1
	反应物转化率	a1	a2	a3
	体系压强(Pa)	p1	p2	p3

则Q1+Q2=___kJ；a1+a2___l（填“＜”“＞”或“=”，下同），2p2___p3。

Answer 1

【答案】 正向移动 0 mol·L﹣1＜c(NH3)＜0.3 mol·L﹣1 0 mol·L﹣1≤c(NH3)≤0.3 mol·L﹣1 92.4 = ＞

【解析】

（1）利用三段法计算出平衡时各物质的浓度，再计算平衡常数，然后利用Q与K的关系来分析平衡的移动；
（2）可假设反应正向进行或逆向进行达到平衡，并结合可逆反应的限度来判断即可；
（3）甲容器反应物投入1 mol N2、3 mol H2，乙容器反应物投入量2 mol NH3，恒温且乙容器容积和甲容器相同，则甲容器与乙容器是等效平衡；
甲容器反应物投入1 mol N2、3 mol H2，丙容器反应物投入量4 mol NH3，采用极限转化法转化为反应物为2 mol N2、6 mol H2，是甲中的二倍，如果恒温且丙容器容积是甲容器2倍，则甲容器与丙容器也是等效平衡；所以丙所到达的平衡，可以看作在恒温且容积是甲容器两倍条件下，到达平衡后，再压缩体积为与甲容器体积相等所到达的平衡；据此分析平衡移动。

（1）由将10amol N2和30amol H2放入2L的密闭容器中，充分反应后测得N2的转化率为60%，则转化的N2的物质的量为10a mol60%=6a mol，

，则平衡常数K==，故答案为：；

若此时再向该容器中投入10amol N2、20amol H2和20amol NH3，三者的浓度分别为：7a mol/L、16a mol/L、16a mol/L;则浓度商Qc==<K，此时平衡正向进行；

故答案为：；正向移动；

（2） 若反应起始时N2、H2、NH3的浓度分别为0.1 mol·L﹣1、0.3 mol·L﹣1、0.1 mol·L﹣1，假设反应正向进行，则N2的最大转化浓度为0.1 mol·L﹣1，则NH3的变化浓度为0.2 mol·L﹣1，即平衡时NH3的浓度小于0.3 mol·L﹣1，假设反应逆向进行，则NH3的变化浓度最大为0.1mol/L，即平衡时NH3的最小浓度为大于0 mol·L﹣1，故NH3达到平衡时浓度的范围为0 mol·L﹣1<c(NH3)<0.3 mol·L﹣1；若平衡时N2、H2、NH3的浓度分别为0.1 mol·L﹣1、0.3 mol·L﹣1、0.1 mol·L﹣1，如果反应是从反应物方向开始的，NH3的起始浓度为0 mol·L﹣1，如果反应是生成物方向进行的，生成0.1 mol·L﹣1N2时消耗NH3的浓度分别为0.05 mol·L﹣1，NH3的起始浓度为0.15mol/L，NH3起始时浓度的范围为0 mol·L﹣1c(NH3)0.3 mol·L﹣1；

故答案为：0 mol·L﹣1＜c(NH3)＜0.3 mol·L﹣1；0 mol·L﹣1≤c(NH3)≤0.3 mol·L﹣1；

（3）甲投入1 mol N2、3 mol H2，乙中投入2 mol NH3，则甲与乙是完全等效的，根据盖斯定律可知，甲与乙的反应的能量变化之和为92.4 kJ，Q1+Q2=92.4；转化率α1+α2=1；丙容器反应物投入量4 mol NH3，是乙的二倍，若平衡不移动，丙中压强为乙的二倍，由于丙中相当于增大压强，平衡向着向着正向移动，所以丙中压强减小，小于乙的2倍，即2p2>p3；

故答案为：92.4；=；>。