Question

15．在一固定容積為2L的密閉容器中加入4mol的N₂和12mol的H₂，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0
（1）若在5min時反應(yīng)達到平衡，此時測得NH₃的物質(zhì)的量為4mol．則前5min的平均反應(yīng)速率v（N₂）=0.2mol/（L•min）．平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率為50%．該溫度下的平衡常數(shù)K₁=$\frac{4}{27}$（用分數(shù)表示）；若反應(yīng)開始時，將1molN₂和3molH₂通入到該容器，再達新平衡時的平衡常數(shù)為K₂，則K₂=K₁（填“＞”、“＜”或“=”）
（2）平衡后，若要提高H₂的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施有C．
A．加了催化劑B．充入一定量的Ne
C．降低反應(yīng)體系的溫度D．再充入2mol的Ne和6mol的H₂
（3）其化學(xué)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“=”）．
②400℃時，反應(yīng)2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的化學(xué)平衡常數(shù)為2，2L的容器中，當測得NH₃、N₂和H₂物質(zhì)的量分別為6mol、4mol和2mol時，則該反應(yīng)的v（N₂）_減＞v（N₂）_增（填“＞”、“＜”或“=”）．
（4）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡理論，聯(lián)合合成氨的生產(chǎn)實際，你認為下列說法不正確的是C
A．化學(xué)反應(yīng)速率理論可指導(dǎo)怎樣在一定時間內(nèi)快出產(chǎn)品
B．勒夏特列原理可指導(dǎo)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(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)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）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算，若在5min時反應(yīng)達到平衡，此時測得NH₃的物質(zhì)的量為4mol，
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）  4       12        0
變化量（mol）  2        6        4
平衡量（mol） 2        6        4
反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$，
轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%，
平衡常數(shù)=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
若反應(yīng)開始時，將1molN₂和3molH₂通入到該容器，再達新平衡時的平衡常數(shù)為K₂，平衡常數(shù)隨溫度變化，溫度不變平衡常數(shù)不變；
（2）一定條件下的密閉容器中，該反應(yīng)達到平衡，要提高H₂的轉(zhuǎn)化率，即讓化學(xué)平衡正向進行即可，一般不考慮加壓，可以增加反應(yīng)物N₂的濃度、分離出NH₃（減小生成物的濃度），高溫條件會使平衡向左進行，加入催化劑不會改變反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，增加H₂的濃度會使得氫氣的轉(zhuǎn)化率減小；
（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化學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算，若在5min時反應(yīng)達到平衡，此時測得NH₃的物質(zhì)的量為4mol，
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）  4       12        0
變化量（mol）  2        6        4
平衡量（mol） 2       6        4
則前5min的平均反應(yīng)速率v（N₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{2mol}{2L}}{5min}$=0.2mol/（L•min），
平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%=$\frac{6mol}{12mol}$×100%=50%，
平衡狀態(tài)物質(zhì)濃度c（N₂）=1mol/L，c（H₂）=3mol/L，c（NH₃）=2mol/L，
平衡常數(shù)=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$=$\frac{{2}^{2}}{1×{3}^{3}}$=$\frac{4}{27}$，
若反應(yīng)開始時，將1molN₂和3molH₂通入到該容器，再達新平衡時的平衡常數(shù)為K₂，平衡常數(shù)隨溫度變化，溫度不變平衡常數(shù)不變，K₂=K₁，
故答案為：0.2mol/（L•min）；50%；$\frac{4}{27}$；=；
（2）一定條件下的密閉容器中，該反應(yīng)達到平衡，要提高H₂的轉(zhuǎn)化率，即讓化學(xué)平衡正向進行即可，
A．加了催化劑改變反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，不能增大氫氣轉(zhuǎn)化率，故A錯誤；
B．充入一定量的Ne是惰性氣體，總壓增大，氣體分壓不變，平衡不變，不能增大氫氣的轉(zhuǎn)化率，故B錯誤；
C．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低反應(yīng)體系的溫度，平衡正向進行，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；
D．再充入2mol的Ne總壓增大，分壓不變，平衡不變，加入6mol的H₂ 增大氮氣轉(zhuǎn)化率，氫氣轉(zhuǎn)化率減小，故D錯誤；
故答案為：C；
（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：＞；
②400℃時，反應(yīng)2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的化學(xué)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=$\frac{1}{0.5}$=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=$\frac{4×{2}^{3}}{{6}^{2}}$=$\frac{8}{9}$＜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(xué)反應(yīng)速率的因素，可指導(dǎo)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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)．