Question

氨的合成是最重要的化工生產之一．
I．工業(yè)上合成氨用的H₂有多種制取的方法：
①用焦炭跟水反應：C（s）+H₂O（g）

高溫  .

CO（g）+H₂（g）；
②用天然氣跟水蒸氣反應：CH₄（g）+H₂O（g）

高溫    .

催化劑

 CO（g）+3H₂（g）

已知有關反應的能量變化如下圖，則方法②中反應的△H=

 

．
Ⅱ．在3個1L的密閉容器中，同溫度下、使用相同催化劑分別進行反應：
3H₂（g）+N₂（g） 

高溫高壓

催化劑

2NH₃（g），按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，反應達到平衡時有關數據為：

容 器	甲	乙	丙
反應物投入量	3mol H2、2mol N2	6mol H2、4mol N2	2mol NH3
達到平衡的時間（min）	t	5	8
平衡時N2的濃度（mol?L-1）	c1	3
N2的體積分數	ω1	ω2	ω3
混合氣體密度（g?L-1）	ρ1	ρ2

（1）下列能說明該反應已達到平衡狀態(tài)的是

 

a．容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2         b．v（N₂）_正=3v（H₂）_逆
c．容器內壓強保持不變                         d．混合氣體的密度保持不變
（2）甲容器中達到平衡所需要的時間t

 

5min（填＞、＜或=）
（3）乙中從反應開始到平衡時N₂的平均反應速率

 

（注明單位）．
（4）分析上表數據，下列關系正確的是

 

．
a．2c₁=3mol/L         b．ω₁=ω₂            c． 2ρ₁=ρ₂
（5）該溫度下，容器乙中，該反應的平衡常數K=

 

（用分數表示）（mol/L）^-2．

Answer 1

考點：反應熱和焓變,反應速率的定量表示方法,化學平衡常數的含義,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：基本概念與基本理論

分析：Ⅰ．分別根據圖1、圖2、圖3寫出熱化學方程式，然后根據蓋斯定律來解答；
Ⅱ．（1）達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，以此判斷．
（2）甲容器比乙容器中反應物的濃度小，反應速率比乙中小，故達到平衡所需要的時間更長；
（3）先計算出用氮氣表示的反應速率，然后利用化學計量數關系計算出用氫氣表示的反應速率；
（4）先將丙中的數據按照化學計量數轉化成反應物氮氣、氫氣的物質的量，然后利用等效平衡知識進行分析；
（5）計算出反應前氮氣、氫氣的物質的量濃度，然后利用化學平衡三段式計算出達到平衡時各組分的濃度，最后根據化學平衡常數表達式計算出該溫度下的平衡常數．

解答： 解：Ⅰ．圖1、圖2、圖3寫出熱化學方程式分別為：
①CO（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H=-akJ?mol^-1
②H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（g）△H=-bkJ?mol^-1
③CH₄（g）+2O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-ckJ?mol^-1，
由③-（①+②×3）得：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=（a+3b-c）kJ?mol^-1，
故答案為：（a+3b-c）kJ?mol^-1；
Ⅱ．（1）a．容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2，不能說明達到判斷狀態(tài)，取決于起始配料比和轉化程度，故a錯誤；
b．當3v（N₂）_正=v（H₂）_逆時，才說明達到平衡狀態(tài)，故b錯誤；
c．容器內壓強保持不變，可說明達到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．恒容時體積不變，質量不變，則混合氣體的密度保持不變，不能達到平衡狀態(tài)，故d錯誤．
故答案為：c；
（2）若為恒壓容器，甲乙容器中達到平衡所用時間相同，為5min，但是容器恒容，甲容器比乙容器中反應物的濃度小，反應速率比乙中小，故達到平衡所需要的時間更長，即t＞5min，故答案為：＞；
（3）容器乙中，反應前氮氣的濃度為：

4mol

1L

=4mol/L，氮氣的平均反應速率為：v（N₂）=

(4-3)mol/L

5min

=0.2mol?L^-1?min^-1，故答案為：0.2 mol?L^-1?min^-1；
（4）恒溫、恒容條件下：
a．假設乙容器的容積為2L，則達到平衡時甲乙為等效平衡，各組分的含量、濃度相等，此時氮氣的濃度為c₁，然后將容器的容積縮小到2L，若平衡不移動，2c₁=3mol/L，由于壓強增大，平衡向著正向移動，所以2c₁＞3mol/L，故a錯誤；    
b．乙中加入了4mol氮氣、6mol氫氣，而甲中為3mol H₂、2mol N₂，故乙對甲來說相當于加壓，平衡右移，氮氣的體積分數減小，所以ω₂＜ω₁，故b錯誤；
c．反應前后都是氣體，容器的容積都是2L，乙中混合氣體的質量為甲的2倍，根據ρ=

m

V

可知：2ρ₁=ρ₂，故c正確；
故選c；
（5）乙容器中，反應前氫氣濃度為：c（H₂）=

6mol

1L

=4mol/L，氮氣的濃度為：

4mol

1L

=4mol/L，達到平衡時氮氣的濃度變化為：（4-3）=1mol/L，
    由三段式可知：3H₂ （g）+N₂（g）?2NH₃（g）
反應前（mol/L）：6        4         0
濃度變化（mol/L）：3        1         2
反應后：（mol/L）：3        3         2
在該溫度下乙容器中反應的平衡常數K=

22

33×3

=

4

81

，
故答案為：

4

81

．

點評：本題考查較為綜合，涉及化學反應與能量、化學平衡的影響因素、化學平衡、速率的計算等，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，為高考常見題型和高頻考點，注意利用三段式法計算，較為直觀，難度不大．