Question

【题目】氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用，合成氨工业在国民生产中有重要意义。以下是关于合成氨的有关问题，请回答：

(1)若在一容积为2 L的密闭容器中加入0.2 mol的N2和0.6 mol的H2在一定条件下发生反应: N2(g) +3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，若在5分钟时反应达到平衡，此时测得NH3的物质的量为0.2 mol。则前5分钟的平均反应速率v(N2)=___________。平衡时H2的转化率为__________。

(2)平衡后，若提高H2的转化率，可以采取的措施有____________________。

A.加了催化剂

B.增大容器体积

C.降低反应体系的温度

D.加入一定量N2

(3)若在0.5 L的密闭容器中，一定量的氮气和氢气进行如下反应：

N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，其化学平衡常数K与温度T的关系如表所示：

T/℃	200	300	400
K	K1	K2	0.5

请完成下列问题：

①试比较K1、K2的大小，K1_________________K2（填“<”“>”或“＝” ）；

②下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据是_______（填序号字母）

A.容器内N2、H2、NH3的物质的量浓度之比为1:3:2

B.v(H2)正＝3v(N2)逆

C.容器内压强保持不变

D.混合气体的密度保持不变

③400℃时，反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的化学平衡常数为_______。当测得NH3、N2和H2物质的量分别为3 mol、2 mol和 1 mol时，则该反应的v(N2)正________v(N2)逆（填“<”“>”或“＝”）。

Answer 1

【答案】0.01mol/(L.min) 50% CD ＞ BC 2 ＞

【解析】

本题主要考查化学平衡的相关知识。

(1)根据题意可用反应速率公式计算氨气的反应速率，再根据反应速率之比等于系数之比计算v(N2);利用浓度变化量之比等于化学计量数之比,计算反参加反应的氢气的物质的量,据此计算转化率；

(2)平衡后，若提高H2的转化率，需平衡正向移动，应从影响平衡的因素考虑，如改变浓度、温度、压强等；

(3)根据平衡状态的判断根据判断,N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，正反应是气体体积减小的放热反应；化学平衡常数,正反应平衡常数和逆反应的平衡常数互为倒数,根据浓度商和平衡常数的关系来确定平衡的移动方向。

(1)5min时反应达到平衡， ,所以，根据反应速率之比等于系数之比,则前5分钟的平均反应速率；5分钟时反应达到平衡，根据方程式N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 可知生成0.2 mol氨气消耗氢气的物质的量为0.3mol，所以氢气的转化率为0.3mol÷0.6mol×100%=50%；

(2)若提高H2的转化率，需要平衡正向移动，则：

A.加入催化剂，只能改变反应速率，不改变平衡移动，因此不能提高氢气的转化率，故A不符合题意；

B.该反应正反应是一个气体体积减小的反应，增大容器体积，即减小压强，平衡逆向移动，降低了氢气的转化率，故B不符合题意；

C.该反应ΔH<0，即为放热反应，降低反应体系的温度，平衡正向移动，可提高氢气的转化率，故C符合题意；

D.加入一定量N2，可促进平衡正向移动，可提高氢气的转化率，故D符合题意；

综上所述，本题应选CD；

(3)①该反应正反应是放热反应,升高温度,平衡向逆反应方向移动,生成物浓度减小,反应物浓度增大,则K1＞K2；

②反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0的正反应是气体体积减小的放热反应,则

A.平衡浓度之比和起始量和变化量有关,容器内各物质的浓度之比等于计量数之比,不能证明正逆反应速率相等,故A错误;
B.不同物质的正逆反应速率之比等于其计量数之比是平衡状态,v(H2)正＝3v(N2)逆，说明氢气的正逆反应速率相同，是平衡状态,故B正确;
C.反应前后气体物质的量变化,当容器内压强不变,气体的物质的量不变,该反应达平衡状态,故C正确;
D.如果是在密闭容器中反应,质量不变,体积不变,密度始终不变,故D错误;
因此，本题应选BC；
③400℃时,反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g)的化学平衡常数K的值和反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数呈倒数关系,所以K= =2；
当测NH3、N2和H2物质的量分别为3 mol、2 mol和 1 mol时，此时的浓度商 ＜K=2，说明反应正向进行，则v(N2)正＞v(N2)逆。