题目内容

【题目】在一定条件下,将H2和N2置于一容积为2 L的密闭容器中发生反应。反应过程中H2、N2和NH3的物质的量变化如图所示。

(1)反应处于平衡状态的时间段是_________________。

(2)图中10~20 min内曲线发生变化的可能原因是_______________________________________。

(3)第25 min,平衡改变的条件是____________________________________,此时正反应速率_____(填“增大”“减小”或“不变”);重新达平衡后,NH3的体积分数比原平衡______(填“大”“小”或“不变”)。

(4)判断该反应达到平衡状态的标志是___________(填字母)。

a.N2和NH3的浓度相等

b.NH3的百分含量保持不变

c.容器中气体的压强不变

d.NH3的生成速率与H2的消耗速率相等

e.容器中混合气体的密度保持不变

【答案】20~25 min,35~40 min (答对一个即可) 使用了催化剂 分离出0.1 mol NH3 不变 小 b、c

【解析】

(1)达到平衡状态时,物质的量不变,以此判断达到平衡的时间段;

(2)由图象可知各组分物质的量变化增快,且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;

(4)当反应达到化学平衡状态时,正逆反应速率相等,各物质的浓度不再改变;

(1)反应处于平衡状态时,各物质的物质的量浓度、物质的量等保持不变,从图象可以看出20~25 min、35~40 min时间段内各物质的的物质的量保持不变,反应处于平衡状态;

故答案为:20~25 min,35~40 min (答对一个即可);

(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;

故答案为:使用了催化剂;

(3)第25分钟,NH3的物质的量突然减少0.1mol,而H2、N2的物质的量不变,说明应是分离出NH3,生成物的浓度减小,平衡向正反应方向进行,正反应速率减小,重新达平衡后,NH3的体积分数比原平衡小;

故答案为:分离出0.1 mol NH3;不变;小;

(4)a. N2和NH3浓度是否相等取决于反应的起始量和转化的程度,不能判断是否达到平衡,故a错误;

b. NH3百分含量保持不变,说明反应达到平衡状态,故b正确;

c. 反应前后气体的物质的量不等,容器中气体的压强不变,说明达到平衡状态,故c正确;

d. NH3的生成速率与H2的消耗速率相等,正逆反应速率不等,没有达到平衡状态,故d错误;

e. 由于气体的质量和容器的体积不变,则无论是否达到平衡状态,容器中混合气体的密度都保持不变,故e错误;

故答案为:b、c。

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