Question

9．在3個2L的密閉容器中，在相同的溫度下、使用相同的催化劑分別進行反應：3H₂（g）+N₂（g） $\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃（g）．按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時有關數(shù)據(jù)如表：

容器	甲	乙	丙
反應物的投入量	3molH2、2molN2	6molH2、4molN2	2molNH3
平衡時N2的濃度/mol•L-1	c1	1.5
NH3的體積分數(shù)		ω2	ω3
混合氣體的密度/g•L-1	ρ1		ρ3

下列說法正確的是（　�。�

• A． 2c₁＜1.5
• B． ρ₁=ρ₃
• C． ω₂=2ω₃
• D． 在該溫度下甲容器中反應的平衡常數(shù)K=$\frac{（2-2{c}_{1}）^{2}}{{c}_{1}（3c-1.5）^{3}}$

Answer 1

分析 A．先計算氮氣的反應速率，再根據(jù)同一可逆反應同一時間段內(nèi)各物質(zhì)的反應速率之比等于其計量數(shù)之比計算氫氣反應速率；
B．反應前后都是氣體，容器的容積都是2L，判斷甲和丙中混合氣體的質(zhì)量，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$分析；
C．先將丙中的數(shù)據(jù)按照化學計量數(shù)轉(zhuǎn)化成反應物氮氣、氫氣的物質(zhì)的量，然后利用等效平衡知識進行分析；
D．甲容器中，反應前氫氣濃度為c（H₂）=$\frac{3}{2}$mol/L=1.5mol/L，氮氣的濃度為$\frac{2}{2}$mol/L=1mol/L，達到平衡時氮氣的濃度變化為（1-c₁）mol/L，
由化學平衡的三段式可得：
                        3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）
反應前（mol/L）：1.5        1             0
濃度變化：（mol/L）：3（1-c₁）  （1-c₁）    2（1-c₁）
反應后：（mol/L）：1.5-3（1-c₁） 1-（1-c₁） 2（1-c₁）
化學平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；

解答 解：A．恒溫、恒容條件下，假設乙容器的容積為4L，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=1.5mol/L，由于壓強增大，平衡向著正向移動，氨氣的濃度增大，所以2c₁＞1.5mol/L，故A錯誤；
B．反應前后都是氣體，容器的容積都是2L，甲和丙中混合氣體的質(zhì)量不等，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$可知：ρ₁≠ρ₃，故B錯誤；
C．丙中起始時NH₃的物質(zhì)的量為2mol，相當于1molN₂和3molH₂，而乙起始狀態(tài)可看成是2molN₂和6molH₂形成平衡狀態(tài)的基礎上再加入2molN₂，
其中2molN₂和6molH₂可看成2個1molN₂和3molH₂平衡狀態(tài)在恒容條件下加合，平衡正向移動，則ω₂≠ω₃，根據(jù)勒夏特列原理可知，ω₂≠2ω₃，故C錯誤；
D．甲容器中，反應前氫氣濃度為c（H₂）=$\frac{3}{2}$mol/L=1.5mol/L，氮氣的濃度為$\frac{2}{2}$mol/L=1mol/L，達到平衡時氮氣的濃度變化為（1-c₁）mol/L，
由化學平衡的三段式可得：
                       3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）
反應前（mol/L）：1.5        1             0
濃度變化：（mol/L）：3（1-c₁）   （1-c₁）    2（1-c₁）
反應后：（mol/L）：1.5-3（1-c₁）   c₁       2（1-c₁）
化學平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{[2（1-{c}_{1}）]^{2}}{{c}_{1}×[1.5-3（1-{c}_{1}）]^{3}}$=$\frac{（2-2{c}_{1}）^{2}}{{c}_{1}×（3{c}_{1}-1.5）^{3}}$，故D正確；
 
故選：D．

點評 本題以化學平衡移動原理為載體考查平衡狀態(tài)判斷、等效平衡、化學平衡計算等知識點，側(cè)重考查基本理論，難點構(gòu)建等效平衡，然后利用外界條件對平衡的影響分析解答，題目難度中等．