Question

氨是重要的氮肥，合成原理为：N₂（g）+3H₂（g） 

高压

催化剂

2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol．回答下列问题：
（1）写出平衡常数K的表达式

K=

C2(NH3)

C(N2)C3(H2)

，如果降低温度，该反应K值E，化学反应速率

减小

，N₂的转化率

增大

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）在500℃、20MPa时，将N₂、H₂置于一个容积为2L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所示，回答下列问题：
①10min内以NH₃表示的平均反应速率：

0.005mol/（L．min）

．
②在10～20min内：NH₃浓度变化的原因可能是

A

A．加了催化剂               B．缩小容器体积
C．降低温度                 D．增加NH₃物质的量
③第1次平衡的时间为：

20-25min

，第2次平衡的时间为：

35-40min

，第1次平衡：平衡常数K₁=

( 0.3mol 2L )2

( 0.25mol 2L )×( 0.15mol 2L )3

 （带数据的表达式），第2次平衡时NH₃的体积分数

45.5%；

；
④在反应进行至25min时，曲线发生变化的原因：

移走0.1molNH₃

，
达第二次平衡时，新平衡的平衡常数K₂

等于

K₁，（填“大于”、“小于”或“等于”）．

Answer 1

分析：（1）化学平衡常数是平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值；降低温度化学反应速率降低，该反应正反应为放热反应，降温，化学反应向正反应方向进行；
（2）①根据反应速率=

△n

V △t

计算；
②根据图象知，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；
③达到平衡状态时，物质的量不变，以此判断达到平衡的时间段，化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，第2次平衡时NH₃的体积分数等于氨气的含量；
④25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；

解答：解：（1）化学平衡常数是平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，所以N₂（g）+3H₂（g） 

高压

催化剂

2NH₃（g），该反应的平衡常数表达式K=

C2(NH3)

C(N2)C3(H2)

；化学反应随温度的升高反应速率加快，随温度的降低，反应速率减慢，所以降低温度虎穴反应速率减慢；化学平衡的反应，降低温度向吸热的方向移动，该反应正反应为放热反应，降低温度，化学平衡向正反应方向移动，所以氮气的转化率增大，
故答案为：

C2(NH3)

C(N2)C3(H2)

；减少；增大；
（2）①根据反应速率v（NH₃）=

△n

V △t

=

(0.1-0)mol

2L 10min

=0.005mol/（L．min），
故答案为：0.005mol/（L．min）；
②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，缩小体积相当于增大压强，应该反应物的速率增加倍数大，降低温度，应该反应速率减小，增加NH₃物质的量，逆反应速率增加的倍数大，故只有使用催化剂符合，
故选A；
③由图象可以看出，当反应进行到时20-25min，各物质的量不变，说明反应达到平衡状态，化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，由图象可知，20min达平衡时，n（N₂）=0.025mol×10=0.25mol，n（H₂）=0.025mol×6=0.15mol，n（NH₃）=0.025mol×12=0.3mol，所以所以其平衡常数K=

C2(NH3)

C(N2)C3(H2)

=

( 0.3mol 2L )2

( 0.25mol 2L )×( 0.15mol 2L )3

=426.7；第2次平衡时NH₃的体积分数=

2.5mol

2.5mol+2.25mol+0.75mol

×100%=45.5%，
故答案为：20-25min，35-40min；

( 0.3mol 2L )2

( 0.25mol 2L )×( 0.15mol 2L )3

；45.5%；
④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；由图象可以看出，当反应进行到时35-40min，各物质的量不变，说明反应达到第二次平衡状态，平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，所以抽去0.1mol氨，此时平衡常数K将不变；
故答案为：分离出0.1molNH₃；等于；

点评：本题考查化学平衡的计算、平衡移动以及平衡状态的判断，注意对图象的分析，题目难度中等．