Question

16．150℃時，向如圖所示的容器（密封的隔板可自由滑動，整個過程中保持隔板上部壓強不變）中加入4L N₂和H₂的混合氣體，在催化劑作用下充分反應(yīng)（催化劑體積忽略不計），反應(yīng)后恢復(fù)到原溫度．平衡后容器體積變?yōu)?.4L，容器內(nèi)氣體對相同條件的氫氣的相對密度為5．
（1）反應(yīng)前混合氣體中V（N₂）：V（H₂）=1：3；反應(yīng)達平衡后V（NH₃）=0.6L；該反應(yīng)中N₂轉(zhuǎn)化率為30%．
（2）向平衡后的容器中充入O．2mol的NH₃，一段時間后反應(yīng)再次達到平衡，恢復(fù)到150℃時測得此過程中從外界吸收了6.44kJ的熱量．
①充入NH₃時，混合氣體的密度將增大，在達到平衡的過程中，混合氣體的密度將減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．反應(yīng)重新達平衡的混合氣體對氫氣的相對密度將=5（填“＞”、“＜”或“=”）．
②下列哪些實驗現(xiàn)象或數(shù)據(jù)能說明反應(yīng)重新到達了平衡ABD
A．容器不再與外界發(fā)生熱交換            
B．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變
C．當V（N₂）：、V（H₂）：V（NH₃）=1：3：2時   
D．當容器的體積不再發(fā)生變化時
③寫出該反應(yīng)的熱化學方程式：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92KJ/mol．

Answer 1

分析 （1）設(shè)起始時氮氣體積為x L，平衡后氣體體積減小了4L-3.4L=0.6L，則：
          N₂ （g）+3H₂ （g）?2NH₃（g） 體積減小△V=2
起始（L）：x       4-x        0
變化（L）：0.3     0.9        0.6            0.6
平衡（L）：x-0.3   3.1-x      0.6
平衡時容器內(nèi)氣體對相同條件的氫氣的相對密度為5，則相對分子質(zhì)量為5×2=10，故$\frac{x-0.3}{3.4}$×28+$\frac{3.1-x}{3.4}$×2=10，解得x=1，據(jù)此解答；
（2）①充入氨氣，平衡不移動時，平均相對分子質(zhì)量增大，同溫同壓下，密度之比等于其相對分子質(zhì)量之比；由（1）分析可知N₂、H₂的起始物質(zhì)的量之比為1：3，再向平衡后的容器中充入O．2mol的NH₃，平衡逆向移動，恒溫恒壓下與原平衡為等效平衡，平衡時各組分含量不變；
②可逆反應(yīng)到達平衡時，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡；
③從（1）計算可知，氮氣的轉(zhuǎn)化率為30%，則氨氣分解率為70%，故0.2mol×70%氨氣分解吸收6.44kJ熱量，則2mol氨氣分解吸收熱量為：6.44kJ×$\frac{2mol}{0.14mol}$=92kJ，則生成2mol氨氣放出92kJ熱量，注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)與反應(yīng)熱書寫熱化學方程式．

解答 解：（1）設(shè)起始時氮氣體積為x L，平衡后氣體體積減小了4L-3.4L=0.6L，則：
         N₂ （g）+3H₂ （g）?2NH₃（g） 體積減小△V=2
起始（L）：x     4-x         0
變化（L）：0.3    0.9        0.6            0.6
平衡（L）：x-0.3  3.1-x      0.6
平衡時容器內(nèi)氣體對相同條件的氫氣的相對密度為5，則相對分子質(zhì)量為5×2=10，故$\frac{x-0.3}{3.4}$×28+$\frac{3.1-x}{3.4}$×2=10，解得x=1，
反應(yīng)前V（N₂）：V（H₂）=1L：（4-1）L=1：3，反應(yīng)達到平衡時V（NH₃）=0.6L，N₂的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.3L}{1L}$×100%=30%，
故答案為：1：3；0.6；30%；
（2）①再加入0.2m0l氨氣，由于氨氣平均相對分子質(zhì)量為17，大于10，故混合氣體平均新東方在增大，則混合氣體密度增大，反應(yīng)過程中，平衡逆向移動，向體積增大方向移動，故混合氣體密度減小，由（1）分析可知N₂、H₂的起始物質(zhì)的量之比為1：3，恒溫恒壓下與原平衡為等效平衡，平衡時各組分含量不變，平衡時平均摩爾質(zhì)與原平衡相等，故相對氫氣密度為5，
故答案為：增大；減小；=；
②A．容器不再與外界發(fā)生熱交換，說明反應(yīng)過程中熱量不變，反應(yīng)到達平衡，故A正確；
B．混合氣體總質(zhì)量不變、總物質(zhì)的量變化，則混合氣體的平均相對分子質(zhì)量發(fā)生變化，但平均相對分子質(zhì)量保持不變，說明反應(yīng)到達平衡，故B正確；
C．平衡時各組分的體積之比與起始量及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，平衡時不一定等于化學計量數(shù)之比，故C錯誤；
D．恒溫恒壓下，隨反應(yīng)進行氣體總體積減小，當容器的體積不再發(fā)生變化時，說明反應(yīng)到達平衡，故D正確，
故選：ABD；
③從（1）計算可知，氮氣的轉(zhuǎn)化率為30%，則氨氣分解率為70%，故0.2mol×70%氨氣分解吸收6.44kJ熱量，則2mol氨氣分解吸收熱量為：6.44kJ×$\frac{2mol}{0.14mol}$=92kJ，則生成2mol氨氣放出92kJ熱量，合成氨氣的熱化學方程式為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92KJ/mol，
故答案為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92KJ/mol．

點評 本題考查化學平衡計算、平衡狀態(tài)判斷、熱化學方程式書寫等，（2）中關(guān)鍵是對等效平衡規(guī)律的理解，側(cè)重考查學生分析計算能力，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡．