题目内容

6．氨是重要的氮肥，合成原理为：
N2（g）+3H2（g）$?_{催化剂}^{高压、高压}$2NH3（g）△H=-92.4kJ/mol，回答下列问题：

（1）写出平衡常数K的表达式：_$\frac{C{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{C（{N}_{2}）C{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$．如果升高温度，该反应K值减小，化学反应速率增大，N2的转化率减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）在500℃、20MPa时，将N2、H2置于一个容积为2L的密闭容器中发生反应，反应过程中各种物质的量变化如图所示，回答下列问题：
①10min内以NH3表示的平均反应速率：0.005mol/（L．min）．
②在10～20min内：NH3浓度变化的原因可能是AD．
A．加了催化剂                B．增加NH3物质的量
C．降低温度                  D．缩小容器体积
③第1次平衡的时间为：20-25min，第2次平衡的时间为：35-40min，
第1次平衡：平衡常数K1=$\frac{0.1{5}^{2}}{0.07{5}^{3}×0.125}$ （带数据的表达式），
第2次平衡时N2的体积分数40.9% （保留一位小数）．
④在反应进行至25min时，曲线发生变化的原因：分离出0.1molNH3，
达第二次平衡时，新平衡的平衡常数K2等于K1，（填“大于”、“小于”或“等于”）．
（3）对于可逆反应N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）；△H＜0，如表研究目的和示意图相符的是D．
ABCD
研究目的压强对反应的影响（P2＞P1）温度对反应的影响催化剂对反应的影响平衡体系增加N2对反应的影响
图示

分析 （1）化学平衡常数是平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值；升高温度化学反应速率加快，该反应正反应为放热反应，升温，化学反应向逆反应方向进行；
（2）①根据反应速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$计算；
②根据图象知，平衡向正反应方向移动，10min时是连续的，三种气体物质的速率增加倍数相同，说明为使用催化剂或缩小容器体积；
③达到平衡状态时，物质的量不变，以此判断达到平衡的时间段，化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，第2次平衡时NH3的体积分数等于氨气的含量；
④25分钟，NH3的物质的量突然减少，而H2、N2的物质的量不变，说明应是分离出NH3；
（3）A、合成氨反应是气体体积缩小的反应，则利用压强对化学平衡及化学反应速率的影响，然后结合图象来分析；
B、合成氨的反应是放热反应，利用温度对化学平衡的影响及图象来分析；
C、利用催化剂对化学反应速率及化学平衡的影响，结合图象来分析；
D、利用增大反应物的浓度对化学平衡移动的影响并结合图象来分析．

解答 解：（1）化学平衡常数是平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值，所以N2（g）+3H2（g）$?_{催化剂}^{高压、高压}$2NH3，该反应的平衡常数表达式K=$\frac{C{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{C（{N}_{2}）C{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；该反应正反应为放热反应，升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，化学反应随温度的升高反应速率加快，升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，所以氮气的转化率减小，
故答案为：$\frac{C{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{C（{N}_{2}）C{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；减小；增大；减小；
（2）①根据反应速率v（NH3）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{（0.1-0）mol}{2L}}{10min}$=0.005mol/（L．min），
故答案为：0.005mol/（L．min）；
②由图象可知各组分物质的量在10min的瞬间不变，然后反应速率加快了，说明10min可能改变的条件是使用催化剂，缩小体积相当于增大压强，应该反应物的速率增加，降低温度，应该反应速率减小，增加NH3，则NH3物质的量增加，与图不符，所以改变条件是使用催化剂符合或缩小体积，
故选AD；
③由图象可以看出，当反应进行到时20-25min，各物质的量不变，说明反应达到平衡状态，所以第一次达到平衡的时间为20-25min，当反应进行到时35-40min，各物质的量不变，所以第二次达到平衡的时间为35min，化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，由图象可知，20min达平衡时，n（N2）=0.25mol，n（H2）=0.15mol，n（NH3）=0.3mol，所以所以其平衡常数K=$\frac{C{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{C（{N}_{2}）C{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{（\frac{0.3mol}{2L}）^{2}}{（\frac{0.15mol}{2L}）^{3}（\frac{0.25mol}{2L}）}$=$\frac{0.1{5}^{2}}{0.07{5}^{3}×0.125}$；由图象可知，35min达平衡时，n（N2）=0.225mol，n（H2）=0.075mol，n（NH3）=0.25mol，第2次平衡时N2的体积分数=$\frac{0.225mol}{0.225mol+0.075mol+0.25mol}$×100%=40.9%，
故答案为：20-25min，35-40min； $\frac{0.1{5}^{2}}{0.07{5}^{3}×0.125}$；40.9%；
④第25分钟，NH3的物质的量突然减少，而H2、N2的物质的量不变，说明应是分离出NH3；由图象可以看出，当反应进行到时35-40min，各物质的量不变，说明反应达到第二次平衡状态，平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，所以抽去0.1mol氨，此时平衡常数K将不变；
故答案为：分离出0.1molNH3；等于；
（3）A、该反应中增大压强平衡向正反应方向移动，则氨气的体积分数增大，并且压强越大，化学反应速率越大，达到化学平衡的时间越少，与图象不符，故A错误；
B、因该反应是放热反应，升高温度化学平衡向逆反应反应移动，则氮气的转化率降低，与图象中转化率增大不符，故B错误；
C、因催化剂对化学平衡无影响，但催化剂加快化学反应速率，则有催化剂时达到化学平衡的时间少，与图象不符，故C错误；
D、反应平衡后，增大氮气的量，则这一瞬间正反应速率增大，逆反应速率不变，然后正反应速率在不断减小，逆反应速率不断增大，直到新的平衡，与图象符合，故D正确；
故选D．

点评 本题考查化学平衡的计算、平衡移动以及平衡状态的判断，注意对图象的分析，题目难度中等．

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