Question

【题目】NH3水溶液呈弱碱性，并可用作农业化肥，现进行下列研究：现将一定量的H2和N2充入10L的密闭容器中，在一定条件下使其发生反应，有关H2、N2、NH3三者的物质的量的变化与时间的关系如图所示：

（1）若t1=10min，则0至t1时间内H2的反应速率为_________；

（2）下列几种情形中可以证明合成氨的反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)已达平衡状态的是_____。

①单位时间内生成nmolN2的同时生成2nmolNH3；

②1个N≡N键断裂的同时，有6个N—H键形成；

③1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键形成；

④混合气体的压强不再改变的状态；

⑤混合气体的密度不再改变的状态；

⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态。

（3）根据图中曲线变化情况判断，t1时刻改变的反应条件可能是_____（填字母）

a．加入了催化剂 b．降低了反应的温度 c．缩小容器体积增大压强

（4）t2时刻后反应达平衡，N2总共的转化率为______。

（5）在t1时刻对应的反应条件下，该反应的平衡常数是______。

Answer 1

【答案】0.0015mol/(L·min) ①③④⑥ c 50% 426.7

【解析】

根据图像可知，氢气、氮气的初始物质的量分别为0.40mol、0.20mol，反应在t1时达到平衡状态，平衡时，氢气、氮气、氨气的物质的量分别为0.25mol、0.15mol、0.10mol；t1时改变外界条件平衡正向移动。

N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)

初始： 0.20 0.40 0

反应1：0.05 0.15 0.10

平衡1：0.15 0.25 0.10

反应2：0.05 0.15 0.10

平衡2：0.10 0.10 0.20

（1）若t1=10min，0至t1时间内H2的量变化为0.15mol，v（H2）=0.15mol/（10L×10min）=0.0015mol/(L·min)；

（2）①单位时间内生成nmolN2，则必然消耗2nmolNH3，若同时又生成2nmolNH3，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，①正确；

②1个N≡N键断裂，必然有6个N—H键形成，反应时按此比例进行，无法判断是否达到平衡状态，②错误；

③1个N≡N键断裂，必然有3个H—H也断裂，若同时有3个H—H键形成，则同一物质的反应方向相反，量相同，达到平衡状态，③正确；

④反应体系中，可逆号两边气体计量数不同，若达到平衡状态时，气体的物质的量不再改变，容器为恒容，则混合气体的压强不再改变的状态，压强可作为判断是否达到平衡状态的依据，④正确；

⑤反应体系中，反应物与生成物均为气体，则混合气体的质量自始至终不变，而容积固定，则密度一直不变，混合气体的密度不能作为判断是否平衡的依据，⑤错误；

⑥反应体系中，反应物与生成物均为气体，则混合气体的质量自始至终不变，若达到平衡时，气体的物质的量不再改变，则混合气体的平均相对分子质量不再改变，平均摩尔质量可作为判断是否达到平衡状态的依据，⑥正确；

答案为①③④⑥。

（3）a．催化剂对化学反应速率有影响，对限度无影响，a错误；

b．降低了反应的温度，化学反应速率减慢，曲线的变化斜率变小，与图像不符，b错误；

c．缩小容器体积增大压强，反应体系中的各物质浓度增大，反应速率加快，平衡正向移动，与图像相符，c正确；

答案为c；

（4）t2时刻后反应达平衡，氮气的反应量为0.1mol，初始量为0.2mol，转化率=0.1mol/0.2mol×100%=50%；

（5）t1时刻时达到平衡状态，K=c2（NH3）/[c3（H2）×c（N2）]=0.012/(0.0253×0.015)=426.7。