Question

（1）工業(yè)合成氨技術的反應原理是：N₂（g）+3H₂（g）

催化劑

高溫高壓

2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol．在500℃、20MPa時，將N₂、H₂置于一個固定容積的密閉容器中發(fā)生反應，反應過程中各種物質的量變化如圖1所示，回答下列問題：

①計算反應在第一次平衡時平衡常數(shù)K=

 

（保留二位小數(shù)）
②產物NH₃在5～10min、20～25min和45～50min時平均反應速率[平均反應速率分別以v₁、v₂、v₃表示]從大到小排列次序為

 

．
③在45min時，采取的措施是

 

；
（2）如圖2是一個體積固定的恒溫密閉容器，正中間有一個可以滑動的隔板將容器隔成A、B兩室．A室放入H₂和O₂共5mol，B室放入H₂和N₂共5mol，使隔板恰好處于正中間．
①控制一定條件，只使A室氣體充分反應，此時隔板左移，待反應完成且密閉容器溫度恒定（大于120℃）后，A室氣體體積是B室體積的

4

5

．計算原H₂和O₂的體積比為

 

．
②再控制一定條件，使H₂和N₂發(fā)生反應（正反應放熱）．當密閉容器溫度恒定（大于120℃）且達到平衡時，隔板右移恰好回到正中間，若加入的N₂為1mol，則N₂的轉化率為

 

，若加入的N₂為x mol，則x的取值范圍是

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,化學平衡常數(shù)的含義,化學平衡的影響因素,物質的量或濃度隨時間的變化曲線

專題：化學平衡專題

分析：（1）①根據(jù)圖示數(shù)據(jù)得出第一次達到平衡時反應物和生成物濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)的表達式計算出第一次平衡時平衡常數(shù)K；
②根據(jù)反應速率的表達式：v=

△c

△t

，時間變化都是5min，根據(jù)濃度變化判斷v₁、v₂、v₃；
③根據(jù)45min時氫氣、氮氣濃度減小、氨氣濃度增加進行判斷；
（2）①A、B的壓強相同，容器的體積之比等于氣體的物質的量之比；
②根據(jù)①可知，A中的氣體的物質的量為4mol，隔板右移恰好回到正中間，說明反應后B的氣體總物質的量為4mol，根據(jù)差量法計算出氮氣的轉化率及氮氣的取值范圍．

解答： 解：（1）①第一次達到平衡常數(shù)時，氨氣的濃度為：2.00mol/L，氫氣濃度為：3.00mol/L，氮氣的濃度為：1.00mol/L，
第一次平衡時平衡常數(shù)K=

2.002

1.00×3.003

≈0.15，
故答案為：0.15；
②5～10min氨氣的濃度變化大于0.5mol/L，20～25min氨氣濃度變化為0，45～50min氨氣的濃度變化小于0.50.5mol/L，時間變化為5min，由v=

△c

△t

可知，反應速率關系為：v₁＞v₃＞v₂，
故答案為：v₁＞v₃＞v₂；
③45min時，氨氣的濃度增大，氮氣、氫氣的濃度減小，化學平衡平衡向著正向移動，該反應是放熱反應，說明降低了溫度，
故答案為：降低溫度；
（2）①A室氣體體積是B室體積的

4

5

，A、B的壓強相同，B的物質的量為5mol且不變，所以A反應后的物質的量為4mol，反應后氣體減小了1mol，
2H₂ +O₂

點燃  .

2H₂O△n
2     1      2    1
2mol 1mol       1mol
反應消耗的氫氣的物質的量為2mol、氧氣的物質的量為1mol，所以氫氣和氧氣的物質的量有兩種情況，

4mol氫氣 1mol氧氣

或

2mol氫氣 3mol氧氣

，所以原H₂和O₂的體積比為2：3或4：1，
故答案為：2：3或4：1；
②達到平衡時，隔板右移恰好回到正中間，根據(jù)①可知，達到平衡時B中氣體的總物質的量為4mol，氣體的物質的量減小了1mol，
根據(jù)反應N₂+3H₂ ?2NH₃ △n
       1  3     2    2
     0.5mol 1.5mol  1mol
反應消耗氮氣的物質的量為0.5mol、氫氣為1.5mol，
加入的N₂為1mol，則N₂的轉化率為：

0.5mol

1mol

×100%=50%；
氮氣的物質的量最少為0.5mol，但是必須大于0.5mol，氮氣最大的物質的量為3.5mol，
剩余氮氣的取值范圍為：0.5＜x＜3.5，
故答案為：50%；0.5＜x＜3.5．

點評：本題考查了化學平衡的計算、化學平衡常數(shù)的計算、影響化學平衡的因素、物質的量濃度變化隨時間變化的曲線，題目難度中等，注意掌握影響化學平衡的因素、化學平衡常數(shù)的表達式、化學平衡的計算中差量法的應用，試題培養(yǎng)了學生靈活應用所學知識的能力．