Question

（1）工业合成氨技术的反应原理是：N₂（g）+3H₂（g）

催化剂

高温高压

2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol．在500℃、20MPa时，将N₂、H₂置于一个固定容积的密闭容器中发生反应，反应过程中各种物质的量变化如图1所示，回答下列问题：

①计算反应在第一次平衡时平衡常数K=

 

（保留二位小数）
②产物NH₃在5～10min、20～25min和45～50min时平均反应速率[平均反应速率分别以v₁、v₂、v₃表示]从大到小排列次序为

 

．
③在45min时，采取的措施是

 

；
（2）如图2是一个体积固定的恒温密闭容器，正中间有一个可以滑动的隔板将容器隔成A、B两室．A室放入H₂和O₂共5mol，B室放入H₂和N₂共5mol，使隔板恰好处于正中间．
①控制一定条件，只使A室气体充分反应，此时隔板左移，待反应完成且密闭容器温度恒定（大于120℃）后，A室气体体积是B室体积的

4

5

．计算原H₂和O₂的体积比为

 

．
②再控制一定条件，使H₂和N₂发生反应（正反应放热）．当密闭容器温度恒定（大于120℃）且达到平衡时，隔板右移恰好回到正中间，若加入的N₂为1mol，则N₂的转化率为

 

，若加入的N₂为x mol，则x的取值范围是

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素,物质的量或浓度随时间的变化曲线

专题：化学平衡专题

分析：（1）①根据图示数据得出第一次达到平衡时反应物和生成物浓度，再根据平衡常数的表达式计算出第一次平衡时平衡常数K；
②根据反应速率的表达式：v=

△c

△t

，时间变化都是5min，根据浓度变化判断v₁、v₂、v₃；
③根据45min时氢气、氮气浓度减小、氨气浓度增加进行判断；
（2）①A、B的压强相同，容器的体积之比等于气体的物质的量之比；
②根据①可知，A中的气体的物质的量为4mol，隔板右移恰好回到正中间，说明反应后B的气体总物质的量为4mol，根据差量法计算出氮气的转化率及氮气的取值范围．

解答： 解：（1）①第一次达到平衡常数时，氨气的浓度为：2.00mol/L，氢气浓度为：3.00mol/L，氮气的浓度为：1.00mol/L，
第一次平衡时平衡常数K=

2.002

1.00×3.003

≈0.15，
故答案为：0.15；
②5～10min氨气的浓度变化大于0.5mol/L，20～25min氨气浓度变化为0，45～50min氨气的浓度变化小于0.50.5mol/L，时间变化为5min，由v=

△c

△t

可知，反应速率关系为：v₁＞v₃＞v₂，
故答案为：v₁＞v₃＞v₂；
③45min时，氨气的浓度增大，氮气、氢气的浓度减小，化学平衡平衡向着正向移动，该反应是放热反应，说明降低了温度，
故答案为：降低温度；
（2）①A室气体体积是B室体积的

4

5

，A、B的压强相同，B的物质的量为5mol且不变，所以A反应后的物质的量为4mol，反应后气体减小了1mol，
2H₂ +O₂

点燃  .

2H₂O△n
2     1      2    1
2mol 1mol       1mol
反应消耗的氢气的物质的量为2mol、氧气的物质的量为1mol，所以氢气和氧气的物质的量有两种情况，

4mol氢气 1mol氧气

或

2mol氢气 3mol氧气

，所以原H₂和O₂的体积比为2：3或4：1，
故答案为：2：3或4：1；
②达到平衡时，隔板右移恰好回到正中间，根据①可知，达到平衡时B中气体的总物质的量为4mol，气体的物质的量减小了1mol，
根据反应N₂+3H₂ ?2NH₃ △n
       1  3     2    2
     0.5mol 1.5mol  1mol
反应消耗氮气的物质的量为0.5mol、氢气为1.5mol，
加入的N₂为1mol，则N₂的转化率为：

0.5mol

1mol

×100%=50%；
氮气的物质的量最少为0.5mol，但是必须大于0.5mol，氮气最大的物质的量为3.5mol，
剩余氮气的取值范围为：0.5＜x＜3.5，
故答案为：50%；0.5＜x＜3.5．

点评：本题考查了化学平衡的计算、化学平衡常数的计算、影响化学平衡的因素、物质的量浓度变化随时间变化的曲线，题目难度中等，注意掌握影响化学平衡的因素、化学平衡常数的表达式、化学平衡的计算中差量法的应用，试题培养了学生灵活应用所学知识的能力．