Question

12．已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol25℃时，有体积均为2L的甲、乙两个相同的密闭容器，向甲容器中加入1mol N₂和3mol H₂，经过3min在25℃下达到平衡时放出Q₁kJ的热量；向乙容器中加入2molNH₃，一段时间后在25℃下达到平衡时吸收Q₂kJ的热量，且Q₁=3Q₂．
（1）下列情况表明反应已达到平衡状态的有BC．
A．气体的密度不再变化
B．断裂1molN≡N键的同时断裂6molN-H
C．气体的平均相对分子质量不再变化
D．氮气的生成速率与氨气的生成速率相等
（2）Q₂=23.1kJ
（3）甲容器中达到平衡时，H₂的平均反应速率为0.0375mol/（L•min）；达到平衡后，若再向甲容器中加入0.25mol N₂、0.75mol H₂、1.5mol NH₃，经过一段时间在25℃下重新达到平衡，则平衡常数K=正反应方向．（保留1位小数）

Answer 1

分析 （1）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变化说明到达平衡；
（2）甲与乙为完全等效平衡，平衡时相同组分的物质的量相等，各组分起始物质的量等于化学计量数，故Q₂+Q₁=92.4，结合平衡时Q₁=3Q₂计算；
（3）平衡时Q₁=3Q₂，由于Q₂+Q₁=92.4kJ，故Q₁=69.3kJ，则甲中转化的氮气为$\frac{69.3kJ}{92.4kJ/mol}$=0.75mol，则：
            N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）
起始量（mol）：1     3        0
转化量（mol）：0.75  2.25    1.5
平衡量（mol）：0.25  0.75    1.5
根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂）；
达平衡后，再向甲容器中加入0.25mol N₂、0.75mol H₂、1.5mol NH₃，等效为在原平衡基础上增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动．

解答 解：（1）A、气体的密度等于质量和体积的比值，始终是一个定值，密度不再变化的状态不一定平衡，故错误；
B、断裂1molN≡N键的同时断裂6molN-H键，而断裂1molN≡N键会生成6molN-H键，氨气的生成与消耗速率相等，反应到达平衡，故正确；
C、混合气体总质量不变，随反应进行混合气体物质的量发生变化，平均相对分子质量发生变化，则气体的平均相对分子质量不再变化，说明到达平衡，故正确；
D．氮气的生成速率与氨气的生成速率相等，不能说明正逆反应速率相等，故D错误；
故选：BC；
（2）甲与乙为完全等效平衡，平衡时相同组分的物质的量相等，各组分起始物质的量等于化学计量数，故Q₂+Q₁=92.4，平衡时Q₁=3Q₂，联立解得Q₂=23.1kJ，
故答案为：23.1；
（3）平衡时Q₁=3Q₂，由于Q₂+Q₁=92.4kJ，故Q₁=69.3kJ，则甲中转化的氮气为$\frac{69.3kJ}{92.4kJ/mol}$=0.75mol，则：
            N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）
起始量（mol）：1     3         0
转化量（mol）：0.75    2.25    1.5
平衡量（mol）：0.25    0.75     1.5
则v（H₂）=$\frac{\frac{2.25mol}{2L}}{3min}$=0.375mol/（L．min），
达平衡后，再向甲容器中加入0.25mol N₂、0.75mol H₂、1.5mol NH₃，等效为在原平衡基础上增大压强，正反应为气体体积减小的反应，平衡正向进行，
故答案为：0.0375；正反应方向．

点评 本题考查化学平衡计算，（2）中注意规律的归纳总结，（3）中注意利用等效思想解答，也可以利用浓度商与平衡常数相对大小进行判断，难度中等．