Question

3．已知工业上合成氨反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，回答以下问题：
（1）该反应的化学平衡常数表达式为K=$\frac{[N{H}_{3}]^{2}}{[{N}_{2}]•[{H}_{2}]^{3}}$，温度越高，其平衡常数的值越减小．（填“增大”“减小”“不变”）
（2）某温度下，若把1mol N₂与3mol H₂置于体积为1L的密闭容器内，反应达到平衡状态时，测得混合气体中氨的物质的量为2/3mol，则该温度下反应的K=$\frac{1}{12}$（可用分数表示）．能说明该反应达到化学平衡状态的是bd（填字母）．
a．容器内的密度保持不变    b．容器内压强保持不变
c．v_正（N₂）=2v_逆（NH₃）        d．混合气体中c（NH₃）不变
（3）对于合成氨反应而言，下列有关图象一定正确的是（选填序号）A
（4）相同温度下，有恒容密闭容器A和恒压密闭容器B，两容器中均充入1mol N₂和3mol H₂，此时两容器的体积相等．在一定条件下反应达到平衡状态，A中NH₃的体积分数为a，放出热量Q₁kJ；B中NH₃的体积分数为b，放出热量Q₂kJ．则：a＜b（填“＞”、“=”或“＜”，下同），Q₁＜Q₂，Q₁＜92.4．

Answer 1

分析 （1）化学平衡常数K=$\frac{生成物浓度系数的幂次方}{反应物浓度系数的幂次方}$，该反应放热，升温平衡逆向移动；
（2）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
开始 1      3        0
转化 x      3x       2x
平衡1-$\frac{1}{3}$     3-1     $\frac{2}{3}$
根据K=$\frac{[N{H}_{3}]^{2}}{[{N}_{2}]•[{H}_{2}]^{3}}$，进行计算；化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各组分浓度保持不变，据此分析；
（3）A．先出现拐点的先达到平衡，则T₂大，温度高，平衡逆向移动；
B．平衡时浓度不一定相等；
（4）恒容密闭容器A，反应达到平衡状态，A中NH₃的体积分数为a，放出热量Q₁kJ，
而恒压密闭容器B，均充入1mol N₂和3molH₂，反应发生后总物质的量减少，由pV=nRT可知，相对于A来说，相当于B加压，则平衡正向移动．

解答 解：（1）化学平衡常数K=$\frac{生成物浓度系数的幂次方}{反应物浓度系数的幂次方}$=$\frac{[N{H}_{3}]^{2}}{[{N}_{2}]•[{H}_{2}]^{3}}$，该反应放热，升温平衡逆向移动，化学平衡常数减小，故答案为：$\frac{[N{H}_{3}]^{2}}{[{N}_{2}]•[{H}_{2}]^{3}}$；减小；
（2）K=$\frac{[N{H}_{3}]^{2}}{[{N}_{2}]•[{H}_{2}]^{3}}$=$\frac{{（\frac{2}{3}）}^{2}}{\frac{2}{3}×{2}^{3}}$=$\frac{1}{12}$，
a．容器体积不变，气体质量不变，所以容器内的密度始终保持不变，故a不选；
b．容器体积不变，反应前后气体物质的量不同，所以容器内压强保持不变说明反应达到平衡状态，故b选；
c．v_正（N₂）=2v_逆（NH₃），不符合化学计量数之比，故c不选；
d．混合气体中c（NH₃）不变，说明各组分浓度都不变，反应达到平衡状态，故d选；
故答案为：$\frac{1}{12}$；bd；
（3）A．先出现拐点的先达到平衡，则T₂大，温度高，平衡逆向移动，与图象一致，故A正确；
B．平衡时浓度不一定相等，平衡浓度取决起始浓度和转化率，图象表示错误，故B错误；
故答案为：A；
（4）恒容密闭容器A，反应达到平衡状态，A中NH₃的体积分数为a，放出热量Q₁kJ，
而恒压密闭容器B，均充入1mol N₂和3molH₂，反应发生后总物质的量减少，由pV=nRT可知，相对于A来说，相当于B加压，则平衡正向移动，氨气的体积分数变大，所以a＜b，B中放出的热量对，则Q₁＜Q₂，热化学方程式中反应热为完全反应放出的热量，而A中不能完全转化，放出的热量少，则Q₁＜92.4，
故答案为：＜；＜；＜．

点评 本题考查较综合，涉及化学平衡的计算、影响反应速率及平衡的因素、平衡的判定、热化学反应方程式，化学平衡图象等，注重高考常考查点的考查，注意图象的分析，题目难度中等．