Question

5．在0.5L的密闭容器中，一定量的氮气与氢气进行如下反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=a kJ•mol^-1，其化学平衡常数K与温度的关系如下．

温度/℃	200	300	400
K	1.0	0.86	0.5

请回答下列问题．
（1）写出该反应的化学平衡常数表达式：K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，a小于（填“大于”、“小于”或“等于”）0．
（2）200℃时，向此密闭容器中充入0.20mol的N₂和0.80mol的H₂，反应初始6s内达到了平衡状态，N₂的平均反应速率v（N₂）=0.03mol•L^-1•s^-1．则6s时NH₃的物质的量为0.18mol，c（N₂）=0.22mol•L^-1；此时N₂的转化率为45%，如果这时向该密闭容器中再充入1mol氩气，N₂的转化率不变（填“增大”“不变”“减小”）．
（3）400℃时，2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的化学平衡常数为2，测得氨气、氮气、氢气的物质的量分别为3mol、2mol、1mol时，该反应的v_正（N₂）大于（填“大于”、“小于”或“等于”）v_逆（N₂）．

Answer 1

分析 （1）根据化学平衡常数概念写；由表中数据可知，随温度升高平衡常数减小，说明升高温度N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）平衡逆向移动，则正反应为放热反应；
（2）根据氮气的反应速率计算6s内氮气的物质的量的变化，可得6s末氨气的物质的量，再根据转化率=$\frac{物质的转化量}{物质的起始量}$×100%计算；向该密闭容器中再充入1mol氩气，化学平衡不移动，转化率不变；
（3）400℃时，2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）与N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常数互为倒数关系；计算此时浓度商Qc，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＜K，反应向正反应进行，若Qc＞K，反应向逆反应进行．

解答 解：（1）反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；由表中数据可知，随温度升高平衡常数减小，说明升高温度N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g平衡逆向移动，则正反应为放热反应，故a＜0；
故答案为：K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；小于；
（2）在0.5L的密闭容器中，向此密闭容器中充入0.20mol的N₂和0.80mol的H₂，初始6s内达到了平衡状态，N₂的平均反应速率v（N₂）=0.03mol•L^-1•s^-1，则△c（N₂）=0.03mol•L^-1•s^-1×6s=0.18mol•L^-1，则6s时c（N₂）=0.20mol÷0.5L-0.18mol•L^-1=0.22mol•L^-1；根据反应6s时NH₃的物质的量为0.18mol•L^-1×0.5L×
2=0.18mol；此时N₂的转化率为$\frac{0.18mol•{L}^{-1}×0.5L}{0.2mol}$×100%=45%；该密闭容器中再充入1mol氩气，化学平衡不移动，则氮气的转化率不变；
故答案为：0.18；0.22；45%；不变；
（3）400℃时，2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）与N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常数互为倒数关系，故400℃时，2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常数为：$\frac{1}{0.5}$=2，氨气、氮气、氢气的物质的量分别为3mol、2mol、1mol时，此时浓度商Qc=$\frac{（2÷0.5）×（1÷0.5）^{2}}{（3÷0.5）^{3}}$=0.89＜K=2，反应向正反应进行，v_正（N₂）＞v_逆（N₂）；
故答案为：2；大于．

点评 本题考查化学平衡计算，涉及平衡常数及其应用，注意平衡常数只受温度影响，平衡常数及其单位与化学计量数有关，题目难度中等．