Question

（2010?崇文区一模）已知：可逆反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0．现有甲、乙两个容积相同且不变的真空密闭容器，向甲容器中加入1mol N₂（g）和3mol H₂（g），在一定条件下发生反应，达到平衡时放出热量为Q₁kJ．在相同条件下，向乙容器中加入2mol NH₃（g）并发生反应，达到平衡时吸收热量为Q₂kJ，若Q₁=3Q₂．下列叙述中正确的是（　　）

A．达平衡时甲中N₂的转化率为75%

B．达平衡时甲、乙中NH₃的体积分数乙＞甲

C．达到平衡后，再向乙中加入0.25mol N₂（g）、0.75mol H₂（g）和1.5mol NH₃（g），平衡向生成N₂的方向移动

D．乙中反应的热化学方程式为2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H=+Q₂kJ/mol

Answer 1

分析：A、由于1molN₂和3molH₂完全反应可以生成2molNH₃，所以甲乙两个体系的平衡状态是一样的，即对应气体的浓度完全相同． 对于同一可逆反应，相同条件下，正反应的反应热与逆反应的反应热，数值相等，符号相反，N₂和H₂完全反应时放热Q，则NH₃完全分解时吸热也是Q，
根据三段式利用x表示出平衡时甲容器内反应混合物各组分的物质的量为 N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，放出热量Q₁=xQkJ；
则乙容器反应混合物各组分的物质的量也是为 N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，所以分解的NH₃的物质的量为（2-2x）mol，吸收热量（1-x）QkJ，利用Q1=3Q₂，列放出求出x的值，转化的N₂为x，利用转化率定义计算．
B、达到的平衡是相同平衡；
C、依据平衡常数和浓度商比较判断；
D、反应热是全部反应时放出的热量．

解答：解：A、由于1molN₂和3molH₂完全反应可以生成2molNH₃，所以甲乙两个体系的平衡状态是一样的，即三种气体的浓度完全相同，对于同一可逆反应，相同条件下，正反应的反应热与逆反应的反应热，数值相等，符号相反．N₂和H₂完全反应时放热Q，则NH₃完全分解时吸热也是Q，
假设甲容器中的参加反应的氮气的物质的量为xmol，所以：
对于甲容器：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-QkJ/mol
起始（mol）：1      3          0
变化（mol）：x     3x         2x
平衡（mol）：1-x   3-3x       2x
所以Q₁=xQkJ，
乙容器反应混合物各组分的物质的量也是为N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，所以分解的NH₃的物质的量为（2-2x）mol，
对于乙容器：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H=+QkJ/mol，故吸收的热量Q₂=

2-2x

2

×QkJ=（1-x）QkJ，
所以3（1-x）Q=xQ，解得x=0.75，所以N₂的转化率为

0.75

1

×100%=75%，故A正确；
B、甲乙容器中达到的平衡是相同平衡，所以氨气的体积分数相同，故B错误；
C、依据A分析计算得到平衡物质的量N₂为0.25mol，H₂为0.75mol，NH₃为1.5mol，再向乙中加入0.25mol N₂（g）、0.75mol H₂（g）和1.5mol NH₃（g），相当于增大压强，平衡正向进行，故C错误；
D、反应是可逆反应，乙中反应的热化学方程式为2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H＞+Q₂kJ/mol，故D错误；
故选A．

点评：本题考查化学平衡的分析判断，平衡状态特征的分析应用，等效平衡的判断转化率计算是解题关键，题目难度较大．