Question

9．氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用，合成氨工業(yè)在國民生產(chǎn)中有重要意義．以下是關(guān)于合成氨的有關(guān)問題，請回答：
（1）若在一容積為2L的密閉容器中加入0.2molN₂；的和0.6molH₂的，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，若在5分鐘時反應(yīng)達到平衡，此時測得NH₃ 的物質(zhì)的量為0.2mol．則前5分鐘的平均反應(yīng)速率v（ N₂）=0.01mol/（L•min）．
（2）平衡后，若要提高H₂的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施有CD．
A．加了催化劑          B．增大容器體積
C．降低反應(yīng)體系的溫度  D．加入一定量N₂
（3）若在0.5L的密閉容器中，一定量的氮氣和氫氣進行如下反應(yīng)：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0
，其化學平衡常數(shù)K與溫度T的關(guān)系如表所示：

T/℃	200	300	400
K	K1	K2	0.5

請完成下列問題：
①試比較K₁、K₂ 的大小，K₁＞K₂ （填“＜”、“＞”或“=”）：
②下列各項能作為判斷該反應(yīng)達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是BC（填序號字母）
A．容器內(nèi) N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量濃度之比為1：3：2
B．v（H₂）_正=3v（N₂）_逆
C．容器內(nèi)壓強保持不變
D．混合氣體的密度保持不變
③400℃時，反應(yīng)2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g） 的化學平衡常數(shù)為2．當測得NH₃、N₂
和H₂ 物質(zhì)的量分別為3mol、2mol和1mol時，則該反應(yīng)的v（N₂）_正＞v（N₂）_逆（填“＜”、“＞”或“=”）．
（4）根據(jù)化學反應(yīng)速率和化學平衡理論，聯(lián)系合成氨的生產(chǎn)實際，你認為下列說法不正確的是C．
A．化學反應(yīng)速率理論可指導怎樣在一定時間內(nèi)快出產(chǎn)品
B．勒夏特列原理可指導怎樣使用有限原料多出產(chǎn)品
C．催化劑的使用是提高產(chǎn)品產(chǎn)率的有效方法
D．正確利用化學反應(yīng)速率和化學反應(yīng)限度理論都可以提高化工生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟效益．

Answer 1

分析 （1）5min達平衡，△c（NH₃）=0.1mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NH₃），再根據(jù)反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比計算v（N₂）；利用濃度變化量之比等于化學計量數(shù)之比，根據(jù)△c（NH₃）計算△c（H₂），再根據(jù)n=cV計算參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量，據(jù)此計算轉(zhuǎn)化率．
（2）反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，平衡后，若要提高H₂的轉(zhuǎn)化率，改變條件需要平衡正向進行，但不能增大氫氣的量；
（3）①對于放熱反應(yīng)，溫度越高，平衡逆向移動，反應(yīng)平衡常數(shù)越��；
②根據(jù)平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)判斷，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，則
A、反應(yīng)過程中容器內(nèi)各物質(zhì)變化的濃度之比始終等于計量數(shù)之比，和起始量變化量有關(guān)；
B、不同物質(zhì)的正逆反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比是平衡狀態(tài)；
C、反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量變化，當容器內(nèi)壓強不變，氣體的物質(zhì)的量不變；
D、如果是在密閉容器中反應(yīng)，質(zhì)量不變，體積不變，密度始終不變，；
③化學平衡常數(shù)，正反應(yīng)平衡常數(shù)和你反應(yīng)的平衡常數(shù)互為倒數(shù)，根據(jù)濃度熵和平衡常數(shù)的關(guān)系來確定平衡的移動方向；
（4）化學反應(yīng)速率是表示物質(zhì)反應(yīng)快慢的物理量，在一定條件下反應(yīng)達到化學平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，化學平衡為動態(tài)平衡，當外界條件發(fā)生改變時，平衡發(fā)生移動，可通過改變外界條件是平衡發(fā)生移動，提高化工生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟效益．

解答 解：（1）5min達平衡，△c（NH₃）=0.1mol/L，所以v（NH₃）=$\frac{0.1mol/L}{5min}$=0.02mol/（L•min），根據(jù)反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比，則v（N₂）=$\frac{1}{2}$×0.02mol/（L•min）=0.01mol/（L•min）；
故答案為：0.01mol/（L•min）；
（2）A．催化劑不改變平衡移動，故A錯誤；
B．增大容器體積，相當于減小壓強，平衡逆反應(yīng)方向移動，故B錯誤；
C．反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡向正反應(yīng)移動，故C正確；
D．加入一定量N₂，平衡向正反應(yīng)方向移動，故D正確．
故選：CD；
（3）①該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，生成物濃度減小，反應(yīng)物濃度增大，所以K₁＞K₂，故答案為：＞；
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，則
A、平衡濃度之比和起始量和變化量有關(guān)，容器內(nèi)各物質(zhì)的濃度之比等于計量數(shù)之比，不能證明正逆反應(yīng)速率相等，故A錯誤；
B、不同物質(zhì)的正逆反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比是平衡狀態(tài)，3υ（N₂）（正）=υ（H₂）（逆），說明氫氣的正逆反應(yīng)速率相同是平衡狀態(tài)，故B正確；
C、反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量變化，當容器內(nèi)壓強不變，氣體的物質(zhì)的量不變，該反應(yīng)達平衡狀態(tài)，故C正確；
D、如果是在密閉容器中反應(yīng)，質(zhì)量不變，體積不變，密度始終不變，故D錯誤；
故答案為：BC；          
③400℃時，反應(yīng)2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的化學平衡常數(shù)K的值和反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常數(shù)呈倒數(shù)，所以K=$\frac{0.1mol/L}{5min}$=2；
容器的體積為0.5L，NH₃和N₂．H₂的物質(zhì)的量濃度分別為：6mol/L、4mol/L、2mol/L，400℃時，濃度商Q_c=$\frac{2×{2}^{3}}{{6}^{2}}$=$\frac{8}{9}$＜K=2，說明反應(yīng)正向進行，因此有v（N₂）_正＞v（N₂）_逆；
故答案為：2；＞；
（4）A．根據(jù)影響化學反應(yīng)速率的因素，可指導怎樣在一定時間內(nèi)快出產(chǎn)品，故A正確；
B．結(jié)合影響化學平衡的因素，采用合適的外界條件，是平衡向正反應(yīng)方向移動，可提高產(chǎn)率，故B正確；
C．化學反應(yīng)速率是表示物質(zhì)反應(yīng)的快慢，不能改變原料的轉(zhuǎn)化率，故C錯誤；
D．在一定的反應(yīng)速率的前提下，盡可能使平衡向正反應(yīng)方向移動，可提高化工生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟效益，故D正確．
故選C．

點評 本題考查化學平衡常數(shù)及影響因素、意義，反應(yīng)速率計算等，題目難度中等，注意化學平衡常數(shù)大小說明反應(yīng)進行程度，與反應(yīng)難易無關(guān)、與反應(yīng)速率無關(guān)．