Question

氨是重要的氮肥，合成原理為：N₂（g）+3H₂（g） 

高壓

催化劑

2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol．回答下列問題：
（1）寫出平衡常數(shù)K的表達(dá)式

K=

C2(NH3)

C(N2)C3(H2)

，如果降低溫度，該反應(yīng)K值E，化學(xué)反應(yīng)速率

減小

，N₂的轉(zhuǎn)化率

增大

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（2）在500℃、20MPa時(shí)，將N₂、H₂置于一個(gè)容積為2L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)過程中各種物質(zhì)的量變化如圖所示，回答下列問題：
①10min內(nèi)以NH₃表示的平均反應(yīng)速率：

0.005mol/（L．min）

．
②在10～20min內(nèi)：NH₃濃度變化的原因可能是

A

A．加了催化劑               B．縮小容器體積
C．降低溫度                 D．增加NH₃物質(zhì)的量
③第1次平衡的時(shí)間為：

20-25min

，第2次平衡的時(shí)間為：

35-40min

，第1次平衡：平衡常數(shù)K₁=

( 0.3mol 2L )2

( 0.25mol 2L )×( 0.15mol 2L )3

 （帶數(shù)據(jù)的表達(dá)式），第2次平衡時(shí)NH₃的體積分?jǐn)?shù)

45.5%；

；
④在反應(yīng)進(jìn)行至25min時(shí)，曲線發(fā)生變化的原因：

移走0.1molNH₃

，
達(dá)第二次平衡時(shí)，新平衡的平衡常數(shù)K₂

等于

K₁，（填“大于”、“小于”或“等于”）．

Answer 1

分析：（1）化學(xué)平衡常數(shù)是平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值；降低溫度化學(xué)反應(yīng)速率降低，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降溫，化學(xué)反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行；
（2）①根據(jù)反應(yīng)速率=

△n

V △t

計(jì)算；
②根據(jù)圖象知，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，10min時(shí)是連續(xù)的，三種氣體物質(zhì)的速率增加倍數(shù)相同，說明為使用催化劑；
③達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，物質(zhì)的量不變，以此判斷達(dá)到平衡的時(shí)間段，化學(xué)平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，第2次平衡時(shí)NH₃的體積分?jǐn)?shù)等于氨氣的含量；
④25分鐘，NH₃的物質(zhì)的量突然減少，而H₂、N₂的物質(zhì)的量不變，說明應(yīng)是分離出NH₃；

解答：解：（1）化學(xué)平衡常數(shù)是平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值，所以N₂（g）+3H₂（g） 

高壓

催化劑

2NH₃（g），該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=

C2(NH3)

C(N2)C3(H2)

；化學(xué)反應(yīng)隨溫度的升高反應(yīng)速率加快，隨溫度的降低，反應(yīng)速率減慢，所以降低溫度虎穴反應(yīng)速率減慢；化學(xué)平衡的反應(yīng)，降低溫度向吸熱的方向移動(dòng)，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率增大，
故答案為：

C2(NH3)

C(N2)C3(H2)

；減少；增大；
（2）①根據(jù)反應(yīng)速率v（NH₃）=

△n

V △t

=

(0.1-0)mol

2L 10min

=0.005mol/（L．min），
故答案為：0.005mol/（L．min）；
②由圖象可知各組分物質(zhì)的量變化增加，且10min時(shí)變化是連續(xù)的，20min達(dá)平衡時(shí)，△n（N₂）=0.025mol×4=0.1mol，
△n（H₂）=0.025mol×12=0.3mol，△n（NH₃）=0.025mol×8=0.2mol，物質(zhì)的量變化之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，三種氣體物質(zhì)的速率增加倍數(shù)相同，說明10min可能改變的條件是使用催化劑，縮小體積相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，應(yīng)該反應(yīng)物的速率增加倍數(shù)大，降低溫度，應(yīng)該反應(yīng)速率減小，增加NH₃物質(zhì)的量，逆反應(yīng)速率增加的倍數(shù)大，故只有使用催化劑符合，
故選A；
③由圖象可以看出，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到時(shí)20-25min，各物質(zhì)的量不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，化學(xué)平衡常數(shù)等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，由圖象可知，20min達(dá)平衡時(shí)，n（N₂）=0.025mol×10=0.25mol，n（H₂）=0.025mol×6=0.15mol，n（NH₃）=0.025mol×12=0.3mol，所以所以其平衡常數(shù)K=

C2(NH3)

C(N2)C3(H2)

=

( 0.3mol 2L )2

( 0.25mol 2L )×( 0.15mol 2L )3

=426.7；第2次平衡時(shí)NH₃的體積分?jǐn)?shù)=

2.5mol

2.5mol+2.25mol+0.75mol

×100%=45.5%，
故答案為：20-25min，35-40min；

( 0.3mol 2L )2

( 0.25mol 2L )×( 0.15mol 2L )3

；45.5%；
④第25分鐘，NH₃的物質(zhì)的量突然減少，而H₂、N₂的物質(zhì)的量不變，說明應(yīng)是分離出NH₃；由圖象可以看出，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到時(shí)35-40min，各物質(zhì)的量不變，說明反應(yīng)達(dá)到第二次平衡狀態(tài)，平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變，所以抽去0.1mol氨，此時(shí)平衡常數(shù)K將不變；
故答案為：分離出0.1molNH₃；等于；

點(diǎn)評：本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算、平衡移動(dòng)以及平衡狀態(tài)的判斷，注意對圖象的分析，題目難度中等．