Question

合成氨反应为N₂+3H₂?2NH₃，今有A、B、C、D四个容器，每个容器中有两种操作，两种操作分别达到平衡后，操作1中N₂和操作2中NH₃转化率之和一定不为1的是（起始体积相同）（　　）

A．恒温恒容：操作1：加1 mol N₂+3 mol H₂，操作2：加2 mol NH₃

B．恒温恒压：操作1：加1 mol N₂+3 mol H₂，操作2：加2 mol NH₃

C．恒温恒容：操作1：加1 mol N₂+3 mol H₂，操作2：加3 mol NH₃

D．恒温恒压：操作1：加1 mol N₂+3 mol H₂，操作2：加3 mol NH₃

Answer 1

分析：A、该反应正反应是气体体积减少的反应，恒温恒容下，加操作2转化到左边，可得1 mol N₂+3 mol H₂，与操作1对应各组分的物质的量相等，与操作1为等效平衡，平衡时NH₃的物质的量相同，令操作1中N₂的转化率为a，由方程式可知平衡时NH₃为2amol；操作2中 NH₃的转化率为b，平衡时NH₃为2（1-b）mol，据此计算判断；
B、该反应正反应是气体体积减少的反应，恒温恒压下，加操作2转化到左边，可得1 mol N₂+3 mol H₂，与操作1对应各组分的物质的量之比相等，与操作1为等效平衡，平衡时NH₃的含量相同，令操作1中N₂的转化率为a，由方程式可知平衡时NH₃为2amol，平衡时总的物质的量为（4+2a）mol；操作2中 NH₃的转化率为b，平衡时NH₃为2（1-b）mol，总的物质的量为（2+2b）mol，根据含量相同计算判断；
C、该反应正反应是气体体积减少的反应，恒温恒容下，加操作2转化到左边，可得1.5 mol N₂+4.5mol H₂，与操作1对应各组分的物质的量不相等，与操作1不是等效平衡，可等效为在操作2在操作1的基础上增大压强，平衡时NH₃含量增大、物质的量比操作1增大，令操作1中N₂的转化率为a，由方程式可知平衡时NH₃为2amol，平衡时总的物质的量为（4+2a）mol；操作2中 NH₃的转化率为b，平衡时NH₃为3（1-b）mol，总的物质的量为（3+3b）mol，根据平衡是氨气的含量计算判断；
D、该反应正反应是气体体积减少的反应，恒温恒压下，加操作2转化到左边，可得1.5mol N₂+4.5mol H₂，与操作1对应各组分的物质的量之比相等，与操作1为等效平衡，平衡时NH₃的含量相同，令操作1中N₂的转化率为a，由方程式可知平衡时NH₃为2amol，平衡时总的物质的量为（4+2a）mol；操作2中 NH₃的转化率为b，平衡时NH₃为3（1-b）mol，总的物质的量为（3+3b）mol，根据含量相同计算判断．

解答：解：A、该反应正反应是气体体积减少的反应，恒温恒容下，加操作2转化到左边，可得1 mol N₂+3 mol H₂，与操作1对应各组分的物质的量相等，与操作1为等效平衡，平衡时NH₃的物质的量相同，令操作1中N₂的转化率为a，由方程式可知平衡时NH₃为2amol；操作2中 NH₃的转化率为b，平衡时NH₃为2（1-b）mol，所以有2amol=2（1-b）mol，整理得a+b=1，故不符合；
B、该反应正反应是气体体积减少的反应，恒温恒压下，加操作2转化到左边，可得1 mol N₂+3 mol H₂，与操作1对应各组分的物质的量之比相等，与操作1为等效平衡，平衡时NH₃的含量相同，令操作1中N₂的转化率为a，由方程式可知平衡时NH₃为2amol，平衡时总的物质的量为（4+2a）mol；操作2中 NH₃的转化率为b，平衡时NH₃为2（1-b）mol，总的物质的量为（2+2b）mol，所以

2a

4+2a

=

2(1-b)

2+2b

，整理得a+b=1，故B不符合；
C、该反应正反应是气体体积减少的反应，恒温恒容下，加操作2转化到左边，可得1.5 mol N₂+4.5mol H₂，与操作1对应各组分的物质的量不相等，与操作1不是等效平衡，可等效为在操作2在操作1的基础上增大压强，平衡时NH₃含量增大、物质的量比操作1增大，令操作1中N₂的转化率为a，由方程式可知平衡时NH₃为2amol，平衡时总的物质的量为（4+2a）mol；操作2中 NH₃的转化率为b，平衡时NH₃为3（1-b）mol，总的物质的量为（3+3b）mol，所以

2a

4-2a

＜

3(1-b)

3+3b

，整理得a+b＜1，故C符合；
D、该反应正反应是气体体积减少的反应，恒温恒压下，加操作2转化到左边，可得1.5mol N₂+4.5mol H₂，与操作1对应各组分的物质的量之比相等，与操作1为等效平衡，平衡时NH₃的含量相同，令操作1中N₂的转化率为a，由方程式可知平衡时NH₃为2amol，平衡时总的物质的量为（4+2a）mol；操作2中 NH₃的转化率为b，平衡时NH₃为3（1-b）mol，总的物质的量为（3+3b）mol，所以所以

2a

4+2a

=

3(1-b)

3+3b

，整理得a+b=1，故D不符合；
故选C．

点评：本题考查化学平衡计算、平衡移动、等效平衡等，难度中等，理解等效平衡规律、判断平衡移动是解题的关键．