Question

7．在3個2L的密閉容器中，在相同的溫度下、使用相同的催化劑分別進行反應：3H₂（g）+N₂（g） $?_{高溫高壓}^{催化劑}$2NH₃（g）．按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器	甲	乙	丙
反應物的投入量	3molH2、2molN2	6molH2、4molN2	2molNH3
達到平衡的時間/min		5	8
平衡時N2的濃度/mol•L-1	c1	1.5
NH3的體積分數(shù)	W1		W3
混合氣體的密度/g•L-1	ρ1	ρ2

下列說法正確的是（　�。�

• A． 容器乙中反應從開始到達平衡的反應速率為v（H₂）=1.5mol•L^-1•min^-1
• B． 2c₁＜1.5
• C． 2ρ₁=ρ₂
• D． 在該溫度下甲容器中反應的平衡常數(shù)K=$\frac{（2-2{c}_{1}）^{2}}{{c}_{1}（3{c}_{1}-1.5）^{3}}$

Answer 1

分析 A、先計算氮氣的反應速率，再根據(jù)同一可逆反應同一時間段內(nèi)各物質(zhì)的反應速率之比等于其計量數(shù)之比計算氫氣反應速率；
B、先將丙中的數(shù)據(jù)按照化學計量數(shù)轉(zhuǎn)化成反應物氮氣、氫氣的物質(zhì)的量，然后利用等效平衡知識進行分析；
C、反應前后都是氣體，容器的容積都是2L，乙中混合氣體的質(zhì)量為甲的2倍，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$分析；
D、甲容器中，反應前氫氣濃度為c（H₂）=$\frac{3}{2}$mol/L=1.5mol/L，氮氣的濃度為$\frac{2}{2}$mol/L=1mol/L，達到平衡時氮氣的濃度變化為（1-c₁）mol/L，
由化學平衡的三段式可得：
                       3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）
反應前（mol/L）：1.5        1         0
濃度變化：（mol/L）：3（1-c₁）   （1-c₁）     2（1-c₁）
反應后：（mol/L）：1.5-3（1-c₁） 1-（1-c₁） 2（1-c₁）
化學平衡常數(shù)K=$\frac{[N{H}_{3}]^{2}}{[{N}_{2}][{H}_{2}]^{3}}$；

解答 解：A、氮氣的反應速率=$\frac{\frac{4mol}{2L}-1.5mol/L}{5min}$=0.1mol/（L．min），同一可逆反應同一時間段內(nèi)各物質(zhì)的反應速率之比等于其計量數(shù)之比，所以氫氣反應速率=0.3mol/（L．min），故A錯誤；
B、恒溫、恒容條件下，假設乙容器的容積為4L，則達到平衡時甲乙為等效平衡，各組分的含量、濃度相等，此時氮氣的濃度為c₁，然后將容器的容積縮小到2L，若平衡不移動，2c₁=1.5mol/L，由于壓強增大，平衡向著正向移動，氨氣的濃度增大，所以2c₁＞1.5mol/L，故B錯誤；
C、反應前后都是氣體，容器的容積都是2L，乙中混合氣體的質(zhì)量為甲的2倍，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$可知：2ρ₁=ρ₂，故C正確；
D．甲容器中，反應前氫氣濃度為c（H₂）=$\frac{3}{2}$mol/L=1.5mol/L，氮氣的濃度為$\frac{2}{2}$mol/L=1mol/L，達到平衡時氮氣的濃度變化為（1-c₁）mol/L，
由化學平衡的三段式可得：
                        3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）
反應前（mol/L）：1.5       1           0
濃度變化：（mol/L）：3（1-c₁）  （1-c₁）   2（1-c₁）
反應后：（mol/L）：1.5-3（1-c₁）   c₁       2（1-c₁）
化學平衡常數(shù)K=$\frac{[N{H}_{3}]^{2}}{[{N}_{2}][{H}_{2}]^{3}}$=$\frac{[2（1-{c}_{1}）]^{2}}{{c}_{1}×[1.5-3（1-{c}_{1}）]^{3}}$=$\frac{（2-2{c}_{1}）^{2}}{{c}_{1}×（3{c}_{1}-1.5）^{3}}$，故D正確；
故選CD．

點評 本題以化學平衡移動原理為載體考查平衡狀態(tài)判斷、等效平衡、化學平衡計算等知識點，側(cè)重考查基本理論，難點構(gòu)建等效平衡，然后利用外界條件對平衡的影響分析解答，題目難度中等．