Question

氨气是重要化工产品之一．传统的工业合成氨技术的反应原理是：N₂（g）+3H₂（g）

催化剂

高温高压

2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol．在500℃、20MPa时，将N₂、H₂置于一个固定容积的密闭容器中发生反应，反应过程中各种物质的量浓度变化如图1所示，回答下列问题：

（1）计算反应在第一次平衡时的平衡常数K=

 

．（保留二位小数）
（2）产物NH₃在5～10min、25～30min和45～50min时平均反应速率（平均反应速率分别以v₁、v₂、v₃表示）从大到小排列次序为

 

．
（3）H₂在三次平衡阶段的平衡转化率分别以α₁、α₂、α₃表示，其中最小的是

 

．
（4）由第一次平衡到第二次平衡，平衡移动的方向是

 

，采取的措施是

 

．
（5）请在图2中用实线表示25～60min各阶段化学平衡常数K的变化图象．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线

专题：化学平衡专题

分析：（1）①根据图示数据得出第一次达到平衡时反应物和生成物浓度，再根据平衡常数的表达式计算出第一次平衡时平衡常数K；
（2）根据反应速率的表达式：v=

△c

△t

，时间变化都是5min，根据浓度变化判断v₁、v₂、v₃；
（3）根据表中达到平衡状态时氢气的浓度计算出氢气的转化率，然后判断H₂在三次平衡阶段的平衡转化率大小；
（4）25min时氨气的浓度为0、氢气和氮气的浓度逐渐减小，据此进行分析改变的条件；
（5）根据影响平衡常数的外界因素可以画出平衡常数的变化图象；

解答： 解：（1）第一次达到平衡常数时，氨气的浓度为：2.00mol/L，氢气浓度为：3.00mol/L，氮气的浓度为：1.00mol/L，
第一次平衡时平衡常数K=

2.002

1.00×3.002

≈0.15，
故答案为：0.15；
（2）由图可知，5～10min氨气的浓度变化大于0.5mol/L，25～30min氨气浓度变化约为0.5mol/L，45～50min氨气的浓度变化为（1.0-0.76）mol/L=0.24mol/L，时间变化为5min，由v=

△c

△t

可知，反应速率关系为：v₁＞v₂＞v₃，
故答案为：v₁＞v₃＞v₂；
（3）第一次平衡时氢气的转化率为：

6.0-3.0

6.0

×100%=50%，第二次平衡时氢气的转化率为：

3.00-1.86

3.00

×100%=38%，第三次达到平衡时氢气的转化率为：

1.86-1.50

1.86

×100%≈19.4%，显然第三次氢气的转化率最低，即最小的是α₃，
故答案为：α₃；
（4）25min时生成物氨气的物质的量浓度为0、氮气和氢气的浓度逐渐减小，说明从反应体系中移出产物氨气，平衡向着正向移动；
故答案为：正反应方向移动，移走生成物NH₃；
（5）25min时生成物氨气的物质的量浓度为0、氮气和氢气的浓度逐渐减小，说明从反应体系中移出产物氨气，平衡常数不变，45min时，氨气的浓度增大，氮气、氢气的浓度减小，化学平衡平衡向着正向移动，该反应是放热反应，说明降低了温度，平衡常数变大，据此可以画图为：；
故答案为：；

点评：本题考查了化学平衡的计算、化学平衡常数的计算、影响化学平衡的因素、物质的量浓度变化随时间变化的曲线，题目难度中等，注意掌握影响化学平衡的因素、化学平衡常数的表达式、化学平衡的计算中差量法的应用，试题培养了学生灵活应用所学知识的能力．