Question

13．合成氨工業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重要的意義．其原理為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，據(jù)此回答以下問題：
（1）①該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
②根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響規(guī)律可知，對(duì)于該反應(yīng)，溫度越高，其平衡常數(shù)的值越小．
（2）某溫度下，若把10mol N₂與30mol H₂置于體積為10L的密閉容器內(nèi)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，測(cè)得混合氣體中氨的體積分?jǐn)?shù)為20%，則該溫度下反應(yīng)的K=$\frac{1}{12}$（可用分?jǐn)?shù)表示）．能說明該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是bd（填字母）．
a．容器內(nèi)的密度保持不變 b．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
c．v_正（N₂）=2v_逆（NH₃） d．混合氣體中c（NH₃）不變
（3）對(duì)于合成氨反應(yīng)而言，如圖有關(guān)圖象一定正確的是（選填序號(hào)）ac．

（4）相同溫度下，有恒容密閉容器A和恒壓密閉容器B，兩容器中均充入1mol N₂和3mol H₂，此時(shí)兩容器的體積相等．在一定條件下反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A中NH₃的體積分?jǐn)?shù)為a，放出熱量Q₁kJ；B中NH₃的體積分?jǐn)?shù)為b，放出熱量Q₂kJ．則：a＜b（填“＞”、“＜”或“=”，下同），Q₁＜92.4．
（5）在一定溫度條件下，甲、乙兩個(gè)容積相等的恒容密閉容器中均發(fā)生如下反應(yīng)：3A（g）+B（g）═xC（g）+D（s），向甲中通入6molA和2molB，向乙中通入1.5molA、0.5molB、3molC和2molD，反應(yīng)一段時(shí)間后都達(dá)到平衡，此時(shí)測(cè)得甲、乙兩容器中C的體積分?jǐn)?shù)都為20%，下列敘述中不正確的是C
A．若平衡時(shí)，甲、乙兩容器中A的物質(zhì)的量不相等，則X=4
B．平衡時(shí)，甲、乙兩容器中A、B的物質(zhì)的量之比相等
C．平衡時(shí)甲中A的體積分?jǐn)?shù)為40%
D．若平衡時(shí)兩容器中的壓強(qiáng)不相等，則兩容器壓強(qiáng)之比為8：5．

Answer 1

分析 （1）①依據(jù)平衡常數(shù)概念和化學(xué)方程式書寫平衡常數(shù)表達(dá)式，用生成物平衡濃度的冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度的冪次方乘積；
②反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫，平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減��；
（2）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計(jì)算得到；平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變分析選項(xiàng)；
（3）a．先出現(xiàn)拐點(diǎn)的先達(dá)到平衡，則T₂大，溫度高，平衡逆向移動(dòng)；
b．平衡時(shí)濃度不一定相等；
c．使用催化劑加快反應(yīng)速率，對(duì)平衡無影響；
（4）恒容密閉容器A，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A中NH₃的體積分?jǐn)?shù)為a，放出熱量Q₁kJ，
而恒壓密閉容器B，均充入1mol N₂和3molH₂，反應(yīng)發(fā)生后總物質(zhì)的量減少，由pV=nRT可知，相對(duì)于A來說，相當(dāng)于B加壓，則平衡正向移動(dòng)；
（5）反應(yīng)一段時(shí)間后都達(dá)到平衡，此時(shí)測(cè)得甲、乙兩容器中C的體積分?jǐn)?shù)都為20%，說明甲乙兩容器為等效平衡狀態(tài)，D為固體，應(yīng)滿足C完全轉(zhuǎn)化為A、B，應(yīng)有3+1=x，即反應(yīng)前后氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)之和相等，以此解答該題．

解答 解：（1）①K為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，則K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
②該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，則平衡常數(shù)K減小，溫度越高，K越小，
故答案為：�。�
（2）設(shè)氮?dú)庀�耗物質(zhì)的量為x
    N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
開始 1        3        0
轉(zhuǎn)化 x        3x       2x
平衡1-x      3-3x      2x
平衡混合氣體中氨的體積分?jǐn)?shù)為20%，$\frac{2x}{1-x+3-3x+2x}$×100%=20%，
解得x=$\frac{1}{3}$，平衡常數(shù)K=$\frac{（\frac{2}{3}）^{2}}{（1-\frac{1}{3}）×（3-3×\frac{1}{3}）^{3}}$=$\frac{1}{12}$，
由平衡的特征“等”、“定”可判定平衡，則
a．容器的體積、氣體的質(zhì)量始終不變，則容器內(nèi)的密度保持不變，不能判斷平衡，故a錯(cuò)誤；               
b．該反應(yīng)為反應(yīng)前后體積不等的反應(yīng)，則容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，達(dá)到平衡，故b正確；
c．υ_正（N₂）=2υ_逆（NH₃），正逆反應(yīng)速率不等，反應(yīng)沒有達(dá)到平衡，故c錯(cuò)誤；             
d．混合氣體中 c（NH₃）不變，為平衡的特征，達(dá)到平衡，故d正確；
故答案為：$\frac{1}{12}$；bd；
（3）a．先出現(xiàn)拐點(diǎn)的先達(dá)到平衡，則T₂大，溫度高，平衡逆向移動(dòng)，與圖象一致，故a正確；
b．平衡時(shí)濃度不一定相等，平衡濃度取決起始濃度和轉(zhuǎn)化率，圖象表示錯(cuò)誤，故b錯(cuò)誤；
c．使用催化劑加快反應(yīng)速率，對(duì)平衡無影響，平衡時(shí)物質(zhì)的濃度不變，與圖象一致，故c正確；
故答案為：ac；
（4）恒容密閉容器A，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A中NH₃的體積分?jǐn)?shù)為a，放出熱量Q₁kJ，
而恒壓密閉容器B，均充入1mol N₂和3molH₂，反應(yīng)發(fā)生后總物質(zhì)的量減少，由pV=nRT可知，相對(duì)于A來說，相當(dāng)于B加壓，則平衡正向移動(dòng)，氨氣的體積分?jǐn)?shù)變大，所以a＜b，B中放出的熱量對(duì)，則Q₁＜Q₂，熱化學(xué)方程式中反應(yīng)熱為完全反應(yīng)放出的熱量，而A中不能完全轉(zhuǎn)化，放出的熱量少，則Q₁＜92.4，
故答案為：＜；＜；
（5）3A（g）+B（g）?xC（g）+D（s）  
甲    6        2     0         0
乙    1.5    0.5     3         2
反應(yīng)一段時(shí)間后都達(dá)到平衡，此時(shí)測(cè)得甲、乙兩容器中C的體積分?jǐn)?shù)都為20%，說明甲乙兩容器為等效平衡狀態(tài)，
A．若平衡時(shí)，甲、乙兩容器中A的物質(zhì)的量不相等，則必須滿足方程式左右氣體的計(jì)量數(shù)之和相等，所以x=4，故A正確；
B．反應(yīng)一段時(shí)間后都達(dá)到平衡，此時(shí)測(cè)得甲、乙兩容器中C的體積分?jǐn)?shù)都為0.2，由此可知甲乙是等效平衡，平衡時(shí)，甲、乙兩容器中A、B的物質(zhì)的量之比肯定相等，故B正確；
C．C的體積分?jǐn)?shù)都為0.2，則AB共占80%，而n（A）：n（B）=3：1，所以平衡時(shí)甲中A的體積分?jǐn)?shù)為60%，故C錯(cuò)誤；
D．x=4，則反應(yīng)前后氣體壓強(qiáng)不變，則兩容器中壓強(qiáng)之比為（6+2）：（1.5+0.5+3）=8：5，故D正確．
故選C，
故答案為：C．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較綜合，涉及化學(xué)平衡的計(jì)算、影響反應(yīng)速率及平衡的因素、平衡的判定、熱化學(xué)反應(yīng)方程式，化學(xué)平衡圖象等，注重高考�？疾辄c(diǎn)的考查，注意圖象的分析，題目難度中等．