Question

4．Ⅰ在一定温度下，把2体积N₂和6体积H₂通入一个带活塞的体积可变的容器中，活塞的一端与大气相通（如图1所示）．容器中发生以下反应：N₂+3H₂?2NH₃（放热），若达到平衡后，测得混合气体的体积为7体积．据此回答下列问题：
（1）保持上述反应温度不变，设a、b、c分别代表初始加入的N₂、H₂和NH₃的体积，如果反应达到平衡时，各物质的百分含量和体积与上述平衡时完全相同，那么
①若a=1，c=2，则b=3．在此情况下，反应起始时将向逆反应方向进行．
②若需规定起始反应向逆方向进行，则c的范围是1＜c≤4．
（2）在上述装置中，若需控制平衡后混合气体为6.5体积，则可采取的措施是降低温度理由是降低温度平衡向正反应方向移动，气体总分子数减少．
Ⅱ在容积不同的密闭容器内，分别充入同量的N₂和H₂，在不同温度下，任其发生反应N₂+3H₂I?2NH₃，并分别在t秒时测定其中NH₃的体积分数，绘图如图2：

（3）A，B，C，D，E五点中，尚未达到化学平衡状态的点是AB．
（4）AC段的曲线是增函数，CE段曲线是减函数，试从反应速率和平衡角度说明理由．AC段的曲线是增函数，原因开始时反应物的浓度最大反应向正向进行，温度在升高反应速率进一步加快，所以NH₃%逐渐增大．CE段曲线是减函数，原因在C点时该反应已经达到了平衡状态，随着温度的升高平衡逆向移动所以NH₃%逐渐减小．

Answer 1

分析 I．（1）①在恒温恒压下，要使平衡状态与原平衡状态完全等效，可以采用极限转化处理，按化学计量数转化到左边，应满足2体积N₂、6体积H₂，计算原平衡时氨气的体积，根据氨气体积判断反应进行方向；
②若让反应逆向进行，氨气的体积必须大于原平衡时氨气的体积，最大值则为2体积氮气和6体积氢气完全反应时产生的氨气的体积；
（2）平衡后混合气体为6.5体积＜7体积，恒压条件下，应是改变温度影响平衡移动，平衡向正反应方向移动；
Ⅱ．（3）T₃之前氨气体积分数增大，说明化学平衡向正反应方向移动，尚未达到化学平衡状态，从T₃开始，氨气体积分数减小，化学平衡向逆反应方向移动；
（4）因为反应开始时，正反应速率大于逆反应速率，生成NH₃的速度比消耗NH₃速度要大，故NH₃的体积分数不断增加，AC段曲线是增函数；而当达到平衡以后，温度升高，平衡逆向移动，故NH₃的体积分数不断减少，CE段曲线是减函数．

解答 解：（1）①反应达到平衡后混合气体中各物质的量仍与上述平衡时完全相同，恒温恒压条件下，采用极限分析，按化学计量数转化到左边，应满足2体积N₂、6体积H₂，2体积的氨气完全转化得到1体积氮气、3体积氢气，故1+a=1+1=2，3+b=6，则b=3，
因反应前混合气体为8体积，反应后混合气体为7体积，体积差为1体积，则：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g） 体积减少
                2          2
                1体积      1体积
故平衡时氨气为1体积，而在起始时，氨气的体积c=2体积，比平衡状态时大，为达到同一平衡状态，氨的体积必须减小，所以平衡逆向移动，
故答案为：3；逆反应；
②若让反应逆向进行，由上述①所求出的平衡时氨气为1体积，氨气的体积必须大于1体积，最大值则为2体积氮气和6体积氢气完全反应时产生的氨气的体积，即为4体积，则1＜c≤4，
故答案为：1＜c≤4；
（2）平衡后混合气体为6.5体积＜7体积，恒压条件下，应是改变温度影响平衡移动，由于正反应为放热反应，且是气体总分子数减小的反应，只能为降低温度，
故答案为：降低温度；降低温度平衡向正反应方向移动，气体总分子数减少；
Ⅱ．（3）T₃之前氨气体积分数增大，说明化学平衡向正反应方向移动，尚未达到化学平衡状态，从T₃开始，氨气体积分数减小，化学平衡向逆反应方向移动，A、B未达达到化学平衡状态，故答案为：AB；
（4）因为反应开始时，正反应速率大于逆反应速率，生成NH₃的速度比消耗NH₃速度要大，故NH₃的体积分数不断增加，AC段曲线是增函数；而当达到平衡以后，温度升高、平衡逆向移动，故NH₃的体积分数不断减少，CE段曲线是减函数，
故答案为：AC段的曲线是增函数，原因开始时反应物的浓度最大反应向正向进行，温度在升高反应速率进一步加快，所以NH₃%逐渐增大．CE段曲线是减函数，原因在C点时该反应已经达到了平衡状态，随着温度的升高平衡逆向移动所以NH₃%逐渐减小．

点评 本题考查等效平衡、化学平衡影响因素等，注意理解等效平衡规律，难度中等．