题目内容

16．150℃时，向如图所示的容器（密封的隔板可自由滑动，整个过程中保持隔板上部压强不变）中加入4L N2和H2的混合气体，在催化剂作用下充分反应（催化剂体积忽略不计），反应后恢复到原温度．平衡后容器体积变为3.4L，容器内气体对相同条件的氢气的相对密度为5．
（1）反应前混合气体中V（N2）：V（H2）=1：3；反应达平衡后V（NH3）=0.6L；该反应中N2转化率为30%．
（2）向平衡后的容器中充入O．2mol的NH3，一段时间后反应再次达到平衡，恢复到150℃时测得此过程中从外界吸收了6.44kJ的热量．
①充入NH3时，混合气体的密度将增大，在达到平衡的过程中，混合气体的密度将减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．反应重新达平衡的混合气体对氢气的相对密度将=5（填“＞”、“＜”或“=”）．
②下列哪些实验现象或数据能说明反应重新到达了平衡ABD
A．容器不再与外界发生热交换            
B．混合气体的平均相对分子质量保持不变
C．当V（N2）：、V（H2）：V（NH3）=1：3：2时   
D．当容器的体积不再发生变化时
③写出该反应的热化学方程式：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92KJ/mol．

分析 （1）设起始时氮气体积为x L，平衡后气体体积减小了4L-3.4L=0.6L，则：
          N2 （g）+3H2 （g）?2NH3（g） 体积减小△V=2
起始（L）：x       4-x        0
变化（L）：0.3     0.9        0.6            0.6
平衡（L）：x-0.3   3.1-x      0.6
平衡时容器内气体对相同条件的氢气的相对密度为5，则相对分子质量为5×2=10，故$\frac{x-0.3}{3.4}$×28+$\frac{3.1-x}{3.4}$×2=10，解得x=1，据此解答；
（2）①充入氨气，平衡不移动时，平均相对分子质量增大，同温同压下，密度之比等于其相对分子质量之比；由（1）分析可知N2、H2的起始物质的量之比为1：3，再向平衡后的容器中充入O．2mol的NH3，平衡逆向移动，恒温恒压下与原平衡为等效平衡，平衡时各组分含量不变；
②可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明到达平衡；
③从（1）计算可知，氮气的转化率为30%，则氨气分解率为70%，故0.2mol×70%氨气分解吸收6.44kJ热量，则2mol氨气分解吸收热量为：6.44kJ×$\frac{2mol}{0.14mol}$=92kJ，则生成2mol氨气放出92kJ热量，注明物质的聚集状态与反应热书写热化学方程式．

解答 解：（1）设起始时氮气体积为x L，平衡后气体体积减小了4L-3.4L=0.6L，则：
         N2 （g）+3H2 （g）?2NH3（g） 体积减小△V=2
起始（L）：x     4-x         0
变化（L）：0.3    0.9        0.6            0.6
平衡（L）：x-0.3  3.1-x      0.6
平衡时容器内气体对相同条件的氢气的相对密度为5，则相对分子质量为5×2=10，故$\frac{x-0.3}{3.4}$×28+$\frac{3.1-x}{3.4}$×2=10，解得x=1，
反应前V（N2）：V（H2）=1L：（4-1）L=1：3，反应达到平衡时V（NH3）=0.6L，N2的转化率为$\frac{0.3L}{1L}$×100%=30%，
故答案为：1：3；0.6；30%；
（2）①再加入0.2m0l氨气，由于氨气平均相对分子质量为17，大于10，故混合气体平均新东方在增大，则混合气体密度增大，反应过程中，平衡逆向移动，向体积增大方向移动，故混合气体密度减小，由（1）分析可知N2、H2的起始物质的量之比为1：3，恒温恒压下与原平衡为等效平衡，平衡时各组分含量不变，平衡时平均摩尔质与原平衡相等，故相对氢气密度为5，
故答案为：增大；减小；=；
②A．容器不再与外界发生热交换，说明反应过程中热量不变，反应到达平衡，故A正确；
B．混合气体总质量不变、总物质的量变化，则混合气体的平均相对分子质量发生变化，但平均相对分子质量保持不变，说明反应到达平衡，故B正确；
C．平衡时各组分的体积之比与起始量及转化率有关，平衡时不一定等于化学计量数之比，故C错误；
D．恒温恒压下，随反应进行气体总体积减小，当容器的体积不再发生变化时，说明反应到达平衡，故D正确，
故选：ABD；
③从（1）计算可知，氮气的转化率为30%，则氨气分解率为70%，故0.2mol×70%氨气分解吸收6.44kJ热量，则2mol氨气分解吸收热量为：6.44kJ×$\frac{2mol}{0.14mol}$=92kJ，则生成2mol氨气放出92kJ热量，合成氨气的热化学方程式为：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92KJ/mol，
故答案为：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92KJ/mol．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡状态判断、热化学方程式书写等，（2）中关键是对等效平衡规律的理解，侧重考查学生分析计算能力，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明到达平衡．

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