Question

2．化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)反應(yīng)限度相關(guān)知識在化工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛．
Ⅰ．一種“人工固氮”的新方法是在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑表面與水發(fā)生反應(yīng)生成NH₃：
N₂（g）+3H₂O（g）?2NH₃（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）△H＞0，進一步研究NH₃生成量與溫度的關(guān)系，部分實驗數(shù)據(jù)見下表（反應(yīng)時間3 h）：

T/℃	30	40	50
生成 NH3量/（10-6 mol）	4.8	5.9	6.0

請回答下列問題：
（1）50℃時從開始到3h內(nèi)以O(shè)₂物質(zhì)的量變化表示的平均反應(yīng)速率為1.5×10^-6mol•h^-1．
（2）與目前廣泛應(yīng)用的工業(yè)合成氨方法相比，該方法中固氮反應(yīng)速率較慢．下列措施既可增加反應(yīng)速率又可以增加NH₃產(chǎn)率的是A（填序號）．
A．升高溫度    B．將NH₃從體系中分離
C．恒容條件下，充入He    D．加入合適的催化劑
（3）工業(yè)合成氨的熱化學(xué)方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4 kJ/mol．在某10L恒容的密閉容器中加入2molN₂和4molH₂，達到平衡時放出的熱量為92.4KJ，該條件下的平衡常數(shù)為400．下列能判斷該反應(yīng)一定達到平衡狀態(tài)的是AD（填序號）．
A．容器中氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間而變化
B.2v_正（NH₃）═3v_逆（H₂）
C．N₂、H₂、NH₃三種物質(zhì)的反應(yīng)速率之比為1：3：2
D．容器中總壓強不隨時間而變化
E．反應(yīng)的△H不再變化
Ⅱ．高爐煉鐵過程中發(fā)生的主要反應(yīng)為：$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g），已知該反應(yīng)在不同溫度下的平衡常數(shù)如下：

溫度/℃	1000	1150	1300
平衡常數(shù)	4.0	3.7	3.5

請回答下列問題：
（1）該反應(yīng)的△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）；   
（2）在一個容積為10L的密閉容器中，1000℃時加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0 mol，反應(yīng)經(jīng)過l0 min后達到平衡．求CO的平衡轉(zhuǎn)化率=60%；欲提高（2）中CO的平衡轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是C（填序號）．
（3）下列措施中能使平衡時$\frac{c（CO）}{c（{CO}_{2}）}$增大的是D（填序號）．
A．減少Fe的量   B．增加Fe₂O₃的量  C．移出部分CO₂   D．提高反應(yīng)溫度    E．減小容器的體積    F．加入合適的催化劑．

Answer 1

分析 I．（1）由速率單位可知，用單位時間內(nèi)物質(zhì)的量變化量表示反應(yīng)速率，根據(jù)v=$\frac{△n}{△t}$計算v（NH₃），再利用速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（O₂）；
（2）升高溫度、增大壓強或濃度、使用催化劑等可以加快反應(yīng)速率，要增加NH₃產(chǎn)率，應(yīng)改變條件使平衡正向移動；
（3）根據(jù)反應(yīng)放出的熱量計算各組分物質(zhì)的量變化量，再計算平衡時各組分物質(zhì)的量濃度，根據(jù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$計算平衡常數(shù)；
可逆反應(yīng)到達平衡時，同種物質(zhì)的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡；
Ⅱ．（1）由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
（2）設(shè)平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為a，表示出平衡時各組分物質(zhì)的量，反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，用物質(zhì)的量代替濃度代入平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=4計算；
欲提高（2）中CO的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)改變條件使平衡正向移動，注意增大CO的濃度，等效為增大壓強，平衡不移動，CO轉(zhuǎn)化率不變；
（3）$\frac{c（CO）}{c（{CO}_{2}）}$值為$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）?$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）的平衡常數(shù)，只受溫度影響．

解答 解：I．（1）由速率單位可知，用單位時間內(nèi)物質(zhì)的量變化量表示反應(yīng)速率，50℃時從開始到3h內(nèi)v（NH₃）=$\frac{6.0×1{0}^{-6}mol}{3h}$=2×10^-6mol/h，速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，則v（O₂）=$\frac{3}{4}$v（NH₃）=1.5×10^-6mol/h，
故答案為：1.5×10^-6；
（2）A．升高溫度反應(yīng)速率加快，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動，NH₃產(chǎn)率增大，故A正確；
B．將NH₃從體系中分離，平衡正向移動，NH₃產(chǎn)率增大，但反應(yīng)速率減慢，故B錯誤；
C．恒容條件下，充入He，反應(yīng)混合物各組分濃度不變，反應(yīng)速率不變、平衡不移動，NH₃產(chǎn)率不變，故C錯誤；
D．加入合適的催化劑，反應(yīng)速率增大，平衡不移動，NH₃產(chǎn)率不變，故D錯誤，
故選：A；
（3）在某10L恒容的密閉容器中加入2molN₂和4molH₂，達到平衡時放出的熱量為92.4KJ，參加反應(yīng)的氮氣為1mol，則：
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：2       4         0
變化量（mol）：1       3         2
平衡量（mol）：1       1         2
則平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{（\frac{2}{10}）^{2}}{\frac{1}{10}×（\frac{1}{10}）^{3}}$=400，
A．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進行混合氣體物質(zhì)的量減小，容器中氣體的平均相對分子質(zhì)量增大，當(dāng)平均相對分子質(zhì)量不隨時間而變化時，說明到達平衡，故A正確；
B．應(yīng)是3v_正（NH₃）═2v_逆（H₂）時，反應(yīng)到達平衡，故B錯誤；
C．沒有指明正逆反應(yīng)速率，N₂、H₂、NH₃三種物質(zhì)的正反應(yīng)速率之比始終為1：3：2，故C錯誤；
D．隨反應(yīng)進行混合氣體物質(zhì)的量減小，恒溫恒容下壓強減小，容器中總壓強不隨時間而變化，說明反應(yīng)到達平衡，故D正確；
E．反應(yīng)的△H與化學(xué)計量數(shù)等有關(guān)，與是否到達平衡無關(guān)，故E錯誤，
故選：AD；
Ⅱ．（1）由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說明升高溫度平衡逆向移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則該反應(yīng)的△H＜0，故答案為：＜；
（2）設(shè)平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為a，轉(zhuǎn)化的CO為a mol，則：
          $\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）?$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）
起始量（mol）：1                1
變化量（mol）：a                a
平衡量（mol）：1-a               1+a
反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變，用物質(zhì)的量代替濃度計算平衡常數(shù)，則K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=$\frac{1+a}{1-a}$=4，解得a=60%；
欲提高（2）中CO的平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)改變條件使平衡正向移動，注意增大CO的濃度，等效為增大壓強，平衡不移動，CO轉(zhuǎn)化率不變，
A．減少Fe的量，平衡不移動，CO轉(zhuǎn)化率不變，故A錯誤；
B．增加Fe₂O₃的量，平衡不移動，CO轉(zhuǎn)化率不變，故B錯誤；
C．移出部分CO₂，平衡正向，CO轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；
D．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，提高反應(yīng)溫度，平衡逆向移動，CO轉(zhuǎn)化率減小，故D錯誤；
E．減小容器的體積，壓強增大，平衡不移動，CO轉(zhuǎn)化率不變，故E錯誤；
F．加入合適的催化劑，縮短到達平衡的時間，不影響平衡移動，CO轉(zhuǎn)化率不變，故F錯誤，
故答案為：60%；C；
（3）$\frac{c（CO）}{c（{CO}_{2}）}$值為$\frac{2}{3}$Fe（s）+CO₂（g）?$\frac{1}{3}$Fe₂O₃（s）+CO（g）的平衡常數(shù)，只受溫度影響，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡正向移動，平衡常數(shù)增大，
故選：D．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算與影響因素、平衡狀態(tài)判斷、平衡常數(shù)、反應(yīng)速率等，注意判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡．