Question

在TK、300MPa时，往容积可变的密闭容器中充入 1molN₂、3molH₂，此时，容器的体积为200L．向容器中加入催化剂（铁触媒）并保持恒温恒压，发生反应：N₂ （g）+3H₂（g）?2NH₃（g），达到平衡时 NH₃的体积分数为

1

3

．
试回答下列问题：
（1）保持上述温度和压强不变，若向容器中只充入2molNH₃，并加入铁触媒催化剂．则平衡时，N₂的体积分数是

 

，容器的体积为

 

．
（2）保持上述温度不变，在200L的定容容器中进行合成氨反应，改变起始时原料气的充入量，一段时间后，测得N₂、H₂、NH₃的物质的量分别为2mol、1mol、2mol，则此时反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）  V（N₂）_正

 

3V（H₂）_逆（填：“＞”、“＜”、“=”、“不能确定”）
（3）温度仍保持TK，容器体积保持200L不变（恒容）．充入amolN₂，bmolH₂，并加入铁触媒催化剂，反应达到平衡时，NH₃的体积分数仍为

1

3

，体系压强为300MPa．若a：b=1：3，则a=

 

mol．
（4）在三个相同容器中各充入1 molN₂和3molH₂，在某一不同条件下反应并达到平衡，氨的体积分数随时间变化曲线如下图．下列说法正确的是

 

（填序号）．
A．图Ⅰ可能是不同催化剂对反应的影响，且催化剂性能 2＞1
B．图Ⅱ可能是同温同压下，不同催化剂对反应的影响，且催化剂性能1＞2
C．图Ⅱ可能是不同压强对反应的影响，且P₁＞P₂
D．图Ⅲ可能是不同温度对反应的影响，且T₁＞T₂  

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学平衡的影响因素

专题：化学平衡专题

分析：依据化学平衡三段式列式计算，设反应的氮气物质的量为x
              N₂ （g）+3H₂（g） 2NH₃（g），
起始量（mol）  1        3        0
变化量（mol）   x       3x       2x
平衡量（mol） 1-x      3-3x      2x

2x

4-2x

=

1

3

x=0.5
（1）保持上述温度和压强不变，若向容器中只充入2molNH₃，并加入铁触媒催化剂．和加入 1molN₂、3molH₂，达到相同的平衡状态；容器体积之比和气体物质的量之比相同计算；
（2）计算上述温度下的平衡常数，结合浓度商和平衡常数比较分析判断反应进行的方向；
（3）依据平衡状态的体积之比等于物质的量之比；
（4）A．催化剂不影响平衡移动；
B．催化剂不影响平衡移动，改变反应速率；
C．压强不同，平衡状态不同；
D．升高温度平衡逆向移动；

解答： 解：（1）保持上述温度和压强不变，若向容器中只充入2molNH₃，并加入铁触媒催化剂．和加入 1molN₂、3molH₂，达到相同的平衡状态，氮气的体积分数=

1-0.5

4-2×0.5

×100%=16.67%，气体体积之比等于气体物质的量之比，4：200=（4-2×0.5）：V
V=150L；
故答案为：16.67%，150；
（2）平衡状态下平衡常数K=

( 1 150 )2

0.5 150 ×( 1.5 150 )3

=1.3×10⁵；
浓度商Q=

( 2 200 )2

2 200 ×( 1 200 )3

=80000＜K，反应正向进行，
V（N₂）正：（H₂）正=1：3，（H₂）正=3V（N₂）正，V（N₂）正＜3V（H₂）逆；
故答案为：＜；
（3）温度仍保持TK，容器体积保持200L不变（恒容）．充入amolN₂，bmolH₂，并加入铁触媒催化剂，反应达到平衡时，NH₃的体积分数仍为

1

3

，体系压强为300MPa，若a：b=1：3，气体体积之比等于气体物质的量之比，开始投入氮气计算 恒容容器中150：1=200：x
x=1.33
故答案为：1.33；
（4）A．催化剂不影响平衡移动，氨气含量不变，由图象可知不符合，故A错误．
B．图Ⅱ可能是同温同压下，不同催化剂对反应的影响，且催化剂性能1＞2，故B正确；
C．反应是气体体积变化的反应，改变压强，平衡变化，图Ⅱ不可能是不同压强对反应的影响，故C错误；
D．氨气的含量减小，先拐先平，T₁＞T₂，反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，氨气含量减小，故D错误；
故答案为：B

点评：本题考查了化学平衡，化学反应速率，化学平衡常数的计算分析判断，掌握基础是关键，题目难度中等．