Question

20．Ⅰ．体积为5L的恒温、恒容密闭容器甲起始投入2molN₂、3molH₂经过l0s达平衡，测得平衡时NH₃的物质的量为0.8mol．
Ⅱ．容器乙起始投入3molN₂、bmolH₂，维持恒温、恒压到平衡，测得平衡时NH₃的物质的量为1.2mol．此时与容器甲中平衡状态温度相同、相同组分的体积分数都相同．
（1）容器甲10s内用H₂表示的平均反应速率v（H₂）=0.024mol•L^-1•s^-1，达平衡时N₂的转化率=20%．
（2）甲容器中反应的逆反应速率随时间变化的关系如图．t₁时改变了某种条件，改变的条件可能是升高了温度、增大了氨气的浓度．（填写2项）
（3）下列哪些情况表明容器乙已达平衡状态ADE．（填字母）
A．容器乙的气体密度不再交化
B．反应的平衡常数不再变化
C．氮气与氨气的浓度相等
D．断裂lmolN≡N键同时断裂6molN一H键
E．容器乙中气体的平均相对分子质量不随时间而变化
（4）b=4.5 mol．

Answer 1

分析 （1）列出化学三段式结合题中数据进行计算，
                     N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）   2            3                0
转化量（mol）0.4          1.2              0.8
平衡量（mol）1.6          1.8             0.8
反应速率v=$\frac{△c}{△t}$，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
（2）依据图示中t₁时的逆反应速率变化及影响化学反应速率的因素判断改变的条件，t₁时，逆反应速率突然增大，原因可能是使用了催化剂、升高了温度、增大了压强、增大了氨的浓度，而后逆反应速率增大，平衡逆向移动，依据好像平衡移动原理选择判断需要改变的条件；
（3）反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各组分的浓度不变，以及衍生的各种物理量关系进行判断；
（4）平衡时容器甲与容器乙中各物质的体积分数相等，甲中达到平衡时，氨气的体积分数为：$\frac{0.8mol}{1.6mol+1.8mol+0.8mol}$=$\frac{4}{21}$，
容器乙中           N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol） 3            b                  0
转化量（mol）0.6        1.8                1.2
平衡量（mol）2.4      b-1.8             1.2
平衡时容器甲与容器乙中各物质的体积分数相等进行计算．

解答 解：（1）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）   2            3                0
转化量（mol）0.4          1.2              0.8
平衡量（mol）1.6          1.8             0.8
v（H₂）=$\frac{\frac{1.2mol}{5L}}{10s}$=0.024mol•L^-1•s^-1，
平衡时，氮气的转化率=$\frac{0.4mol}{2mol}$×100%=20%，
故答案为：0.024mol•L^-1•s^-1；20%；
（2）t₁时，逆反应速率突然增大，原因可能是使用了催化剂、升高了温度、增大了压强、增大了氨的浓度，而后逆反应速率增大，平衡逆向移动，则可能是t₁时增大了氨的浓度或升高了温度，
故答案为：升高了温度；增大了氨的浓度；
（3）判断达到平衡的标准是“变化量不变”，
A、恒温、恒压达到平衡下，容器乙中的气体密度不再变化，说明容器体积不再变化，可以说明反应达到平衡状态，故A正确；
B、平衡常数只与温度有关，温度不变时，K总是不变的，所以平衡常数不能作为判断化学平衡状态的依据，故B错误；
C、氮气与氨气的浓度相等和起始量、变换量有关，不能说明反应达到平衡状态，故C错误；
D、断裂1molN≡N键同时断裂6molN-H键，即消耗1mol N₂的同时消耗2mol NH₃，说明正逆反应速率相等，说明反应达到平衡状态，故D正确；
E、容器乙中气体的平均相对分子质量不随时间而变化，说明体系中各物质的体积分数不变，反应达到平衡状态，故E正确；
故选：ADE；
（4）平衡时容器甲与容器乙中各物质的体积分数相等，甲中达到平衡时，氨气的体积分数为：$\frac{0.8mol}{1.6mol+1.8mol+0.8mol}$=$\frac{4}{21}$，
容器乙中           N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol） 3            b                  0
转化量（mol）0.6        1.8                1.2
平衡量（mol）2.4      b-1.8             1.2
氨气的体积分数为：$\frac{1.2}{2.4+b-1.8+1.2}$=$\frac{4}{21}$，
解得：b=4.5，
故答案为：4.5．

点评 本题考查了化学平衡状态的判断、化学反应速率的计算等知识，题目难度中等，要求学生掌握化学平衡状态的判断方法、化学反应速率的计算方法．