Question

9．氨是重要的氮肥，合成原理为：N₂（g）+3H₂（g）$?_{高温高压}^{催化剂}$2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．回答下列问题：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物质的量随时间的变化如图1所示，回答下列问题：

（1）10min内 以NH₃表示的平均反应速率为0.005mol/（L．min）
（2）在10～20min内，NH₃浓度变化的原因可能是A
A．使用了催化剂        B．缩小容器体积        C．降低温度        D．增加NH₃物质的量
（3）第2次平衡时NH₃的体积分数45.5%；
（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”）．
（5）一定条件下NH₃的平衡体积分数随n（N₂）变化如图2所示 （T-温度）．则T₂＜T₁ （填＞、=、＜），判断的依据是：合成氨反应是放热反应，温度升高，平衡向逆反应方向移动，NH₃的体积分数下降，所以T₁＞T₂．

Answer 1

分析 （1）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；
（3）第2次平衡时NH₃的体积分数等于氨气的含量；
（4）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，平衡常数仅与温度有关；
（5）对于放热反应，升高温度，化学平衡向着吸热方向即逆反应方向进行．

解答 解：（1）反应速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{（0.1-0）mol}{2L}}{10min}$=0.005mol/（L．min），
故答案为：0.005mol/（L．min）；
（2）由图可知，0-10分钟内△n（N₂）=0.025mol×2=0.05mol；10-20分钟内△n′（N₂）=0.025mol×4=0.1mol，速率之比等于物质的量之比，所以，0-10分钟与10到20分钟两个时间段中，N₂的反应速率之比为0.05mol：0.1mol=1：2；
由图象可知各组分物质的量变化增快，且10min时变化是连续的，20min达平衡时，△n′（N₂）=0.025mol×4=0.1mol，
△n（H₂）=0.025mol×12=0.3mol，△n（NH₃）=0.025mol×8=0.2mol，物质的量变化之比等于化学计量数之比，三种气体物质的速率增加倍数相同，说明10min可能改变的条件是使用催化剂，
故选A；
（3）第2次平衡时NH₃的体积分数=$\frac{2.5mol}{2.5mol+2.25mol+0.75mol}$=45.5%，
故答案为：45.5%；
（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，因为平衡常数仅与温度有关，所以K₂等于K₁；
故答案为：分离出0.1molNH₃；等于；
（5）合成氨反应是放热反应，随着反应进行，体系温度逐渐升高，所以化学平衡会逆向移动，导致NH₃的体积分数下降，即温度越高，NH₃的体积分数越小，所以T₂＜T₁，
故答案为：＜；合成氨反应是放热反应，温度升高，平衡向逆反应方向移动，NH₃的体积分数下降，所以T₁＞T₂．

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，题目难度中等，注意对图象的分析．