题目内容

18．化学反应原理是工业合成氨的重要理论基础．
（1）合成氨反应：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92.4kJ•mol-1，若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气，平衡向左移动（填“向左”、“向右”或“不”）；使用催化剂该反应的△H不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如表：
容器甲乙丙
反应物投入量1mol N2、3mol H22mol NH34mol NH3
平衡时NH3的浓度（mol•L-1）clc2c3
反应的能量变化放出a kJ吸收bkJ吸收c kj
体系压强（pa）p1p2p3
反应物转化率a1a2a3
下列说法正确的是BD（填字母编号）．
A.2c1＞c3    B．a+b=92.4      C.2p2＜p3      D．a1+a3＜1
（3）合成氨在等容条件下进行．改变其他反应条件，在I、II、III阶段体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图1所示：

①N2的平均反应速率vI（N2）、vII（N2）、vIII（N2）从大到小排列次序为vI（N2）＞vII（N2）＞vIII（N2）．
②由第一次平衡到第二次平衡，平衡移动的方向是正向移动，采取的措施是降低了生成物浓度或分离出NH3．
③比较第II阶段反应温度（T2）和第III阶段反应温度（T3）的高低：T2＞T3（填“＞”、“=”或“＜”），判断的理由是此反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动，平衡的移动只能减弱改变，不能抵消改变．
（4）将0.1mol N2和0.3mol H2通入一容积可变的容器中进行工业固氮反应．
①若300℃、压强P2时达到平衡，容器容积恰为10L，则此状态下反应的平衡常数K=22.6（mol•L-1）-2（计算结果保留3位有效数字）．
②合成氨反应达到平衡后，t1时刻速率发生如图B变化，此刻可能改变的反应条件是加压或缩小容器体积或增大反应物浓度（回答一种）．

分析 （1）恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气，体积增大，压强减小平衡想气体体积增大的方向进行，催化剂不改变化学平衡和反应热；
（2）甲容器反应物投入1molN2、3molH2，乙容器反应物投入量2molNH3，恒温且乙容器容积和甲容器相同，则甲容器与乙容器是等效平衡；
甲容器反应物投入1molN2、3molH2，丙容器反应物投入量4molNH3，采用极限转化法转化为反应物为2molN2、6molH2，是甲中的二倍，如果恒温且丙容器容积是甲容器2倍，则甲容器与丙容器也是等效平衡；所以丙所到达的平衡，可以看作在恒温且容积是甲容器两倍条件下，到达平衡后，再压缩体积为与甲容器体积相等所到达的平衡，以此解答该题；
（3）①根据化学反应速率为单位时间浓度的变化值，可计算三个阶段用N2表示的化学反应速率，据此判断；
②第Ⅱ阶段NH3是从0开始的，瞬间氮气、氢气的浓度不变，因此可以确定第一次平衡后从体系中移出了NH3；
③第Ⅲ阶段的开始与第Ⅱ阶段的平衡各物质的量均相等，根据N2、H2的量减少，NH3的量增加可判断平衡是正向移动的，根据平衡开始时浓度确定此平衡移动不可能是由浓度的变化引起的，另外题目所给条件容器的体积不变，则改变压强也不可能，因此一定为温度的影响，此反应正向为放热反应，可以推测为降低温度，另外结合N2的速率在三个阶段的情况，确定改变的条件一定为降低温度，根据勒夏特列原理，平衡的移动只能减弱改变，不能抵消改变，因此达到平衡后温度一定比第Ⅱ阶段平衡时的温度低；
（4）①若300℃、压强P2时达到平衡，容器容积恰为10L，氮气平衡转化率10%，结合三行计算得到平衡浓度，平衡常数等于平衡时生成物浓度幂之积比上反应物浓度幂之积，代入进行计算；
②由可知正反应速率瞬间增大，然后减小，说明平衡正向进行，改变的是反应物的浓度，或缩小体积增大压强．

解答 解：（1）合成氨反应：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92.4kJ•mol-1，若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气，体积增大，压强减小平衡想气体体积增大的方向进行，平衡向左移动，使用催化剂不改变化学平衡，不改变反应热，该反应的△H不变，
故答案为：向左；不变；
（2）A．甲容器内的平衡与乙容器内平衡是等效平衡，所以平衡时NH3的浓度相等，即c1=c2，丙容器反应物投入量4molNH3，是乙的二倍，相当于增大压强，平衡正移，所以丙中氨气的浓度大于乙中氨气浓度的二倍，即c3＞2c2，所以c3＞2c1，故A错误；
B．甲投入1molN2、3molH2，乙中投入2molNH3，则甲与乙是完全等效的，根据盖斯定律可知，甲与乙的反应的能量变化之和为92.4kJ，故a+b=92.4，故B正确；
C．丙容器反应物投入量4molNH3，是乙的二倍，若平衡不移动，丙中压强为乙的二倍；由于丙中相当于增大压强，平衡向着向着正向移动，所以丙中压强减小，小于乙的2倍，即2p2＞p3，故C错误；
D．丙容器反应物投入量4molNH3，是乙的二倍，若平衡不移动，转化率α1+α3=1；由于丙中相当于增大压强，平衡向着向着正向移动，氨气的转化率减小，所以转化率α1+α3＜1，故D正确；
故答案为：BD；
（3）①vⅠ（N2）=$\frac{1mol/L}{20min}$=0.05mol/（L•min），
vⅡ（N2）=$\frac{1mol/L-0.62mol/L}{15min}$=0.0253mol/（L•min），
vⅢ（N2）=$\frac{0.62mol/L-0.5mol/L}{10min}$=0.012mol/（L•min），
故N2的平均反应速率vⅠ（N2）＞vⅡ（N2）＞vⅢ（N2），
故答案为：vI（N2）＞vII（N2）＞vIII（N2）；
②第Ⅱ阶段C是从0开始的，瞬间N2、H2浓度不变，因此可以确定第一次平衡后从体系中移出了NH3，即减少生成物浓度，平衡正向移动，
故答案为：正向移动；降低了生成物浓度或分离出NH3；
③第Ⅲ阶段的开始与第Ⅱ阶段的平衡各物质的量均相等，根据N2、H2的量减少，NH3的量增加可判断平衡是正向移动的，根据平衡开始时浓度确定此平衡移动不可能是由浓度的变化引起的，另外题目所给条件容器的体积不变，则改变压强也不可能，因此一定为温度的影响，此反应正向为放热反应，可以推测为降低温度，另外结合N2的速率在三个阶段的情况，确定改变的条件一定为降低温度，根据勒夏特列原理，平衡的移动只能减弱改变，不能抵消改变，因此达到平衡后温度一定比第Ⅱ阶段平衡时的温度低，
故答案为：＞；此反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动，平衡的移动只能减弱改变，不能抵消改变；
（4）①若300℃、压强P2时达到平衡，容器容积恰为10L，氮气平衡转化率10%
             N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）
c（初） 0.010.03            0     
c（变）  0.001       0.003        0.002
c（平） 0.009       0.027         0.002
K=$\frac{0.0{02}^{2}}{0.009×0.02{7}^{3}}$（mol•L-1）-2=22.6 （mol•L-1）-2
故答案为：22.6 （mol•L-1）-2；
 ②由可知正反应速率瞬间增大，然后减小，说明平衡正向进行，改变的是反应物的浓度或缩小体积增大压强，此刻可能改变的反应条件是加压或缩小容器体积或增大反应物浓 度都可，
故答案为：加压或缩小容器体积或增大反应物浓度．

点评 本题考查平衡常数的应用、合成氨反应的条件选择、化学平衡影响因素、等效平衡、化学平衡的计算，为高频考点，题目计算量较大，题目难度较大，关键是构建平衡建立的等效途径，试题侧重对学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力的培养，注意把握K与温度的关系以及影响化学平衡的因素．

练习册系列答案
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