Question

【題目】氮元素可形成多種化合物，在工業(yè)生產(chǎn)中具有重要價值。請回答下列問題：

(1)一定溫度下，將一定量的N2和H2充入固定體積的密閉容器中進(jìn)行合成氨反應(yīng)。

①下列描述能說明該可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的有__。

A.容器內(nèi)氣體的密度不變

B.c(N2)：c(H2)：c(NH3)=1：3：2

C.容器內(nèi)的壓強(qiáng)不變

D.相同時間內(nèi)有3molH-H鍵斷裂，有6molN-H鍵形成

E.3v正(H2)=2v逆(NH3)

F.容器內(nèi)氣體的平均相對分子質(zhì)量不變

②恒溫恒壓條件下，為提高合成氨反應(yīng)中N2和H2的利用率，可采用的方法__(一種即可)。

(2)一定溫度下，2L密閉容器中充入0.40molN2O4，發(fā)生反應(yīng)：N2O4(g)2NO2(g)，一段時間后達(dá)到平衡，測得數(shù)據(jù)如下：

時間/s	20	40	60	80	100
c(NO2)/(mol/L)	0.12	0.20	0.26	0.30	0.30

①20s內(nèi)，v(NO2)=__，該溫度下反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)數(shù)值為__。

②升高溫度時，氣體顏色加深，則正反應(yīng)是__(填“放熱”或“吸熱”)反應(yīng)。

③相同溫度下，若開始向該容器中充入0.40mo1NO2，則達(dá)到平衡后：c(NO2)__0.15mol/L(填“>”、“=”或“<”)

Answer 1

【答案】C、F 移出NH3 6×10-3mol/(L·s) 1.8 吸熱 >

【解析】

(1)①可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變、物質(zhì)的量濃度不變、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；

(2)①根據(jù)表格數(shù)據(jù)找出平衡時各物質(zhì)的濃度，計算平衡常數(shù)；

③利用等效平衡思想分析。

(1)①A．氣體質(zhì)量和體積不變，容器內(nèi)氣體的密度始終不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A不選；
B．平衡時各物質(zhì)的濃度不再改變，但濃度之比不一定等于計量數(shù)之比，與反應(yīng)物投料及轉(zhuǎn)化率有關(guān)，故B不選；
C．該反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和不同，未平衡時氣體的物質(zhì)的量會發(fā)生變化，而容器恒容，所以容器內(nèi)壓強(qiáng)會變，容器內(nèi)的壓強(qiáng)不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C選；

D．相同時間內(nèi)有3molH-H鍵斷裂，有6mol N-H鍵形成，二者描述的都是正反應(yīng)速率，只要反應(yīng)進(jìn)行，該關(guān)系就存在，故D不選；
E．速率之比等于化學(xué)方程式計量數(shù)之比，為正反應(yīng)速率之比，2v正(H2)=3v逆(NH3)能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，但3v正(H2)=2v逆(NH3)不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故E不選；
F．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，氣體物質(zhì)的量變化，所以未平衡時容器內(nèi)氣體的平均相對分子質(zhì)量會變，不變時說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故F選；

綜上所述選C、F；

②恒溫恒壓條件下，可以及時移走生成的NH3使平衡正向移動，增大反應(yīng)物的利用率；

(2)①20s內(nèi)，v(NO2)== 6×10-3mol/(L·s)；

根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知80s時反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡，此時△c(NO2)=0.30mol/L，根據(jù)方程式可知△c(N2O4)=0.15mol/L，初始投料0.40molN2O4，容器體積為2L，所以平衡時c(N2O4)=0.05mol/L，則該溫度下平衡常數(shù)為=1.8；

②升高溫度顏色加深，說明向生成NO2的方向移動，即正向移動，所以正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；

③若開始向該容器中充入0.40mo1NO2，極限轉(zhuǎn)化相當(dāng)于充入0.20molN2O4，假如二者達(dá)到等效平衡，則c(NO2)=0.15mol/L，但實際上由于氣體的物質(zhì)的量減少，容器內(nèi)壓強(qiáng)降低，平衡會在等效平衡的基礎(chǔ)上向生成NO2的方向移動，所以c(NO2)>0.15mol/L。