题目内容

10．在一固定容积为2L的密闭容器内加入0.2mol的N2和0.6mol的H2，在一定条件下发生如下反应：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g），△H＜0．反应中NH3的物质的量浓度的变化情况如图所示，请回答下列问题：
①根据如图，计算从反应开始到平衡时，平均反应速率v（NH3）=0.025mol/（L•min）；达平衡时转化率α（N2）=50%．
②下列描述中能说明上述反应已达平衡的是BD．
A．3v正（H2）=2v逆（NH3）
B．容器中气体的平均相对分子量不随时间而变化
C．容器中气体的密度不随时间而变化
D．容器中气体的分子总数不随时间而变化
E．N2、H2、NH3三种物质同时存在
F．N2、H2、NH3的浓度比为1：3：2
G．断裂1mol N≡N的同时形成6mol N-H
③保持相同条件，若起始时往该容器中充入0.1mol的N2，达到新平衡时NH3的百分含量和原平衡相同，则起始还应充入H20.3mol，NH30.2 mol．保持相同条件，若起始时往该容器中充入0.8mol的NH3，则达平衡时NH3的体积分数大于原平衡NH3的体积分数（填“大于”，“小于”或“等于”）．
④第5分钟末将容器的体积缩小一半后，若在第8分钟末达到新的平衡（此时NH3浓度约为0.25mol/L），请在上图中画出第5分钟末到此平衡时NH3浓度的变化曲线．

分析 ①由图可知，4min时到达平衡，平衡时氨气的浓度为0.1mol/L，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NH3）；
生成氨气为0.1mol/L×2L=0.2mol，根据方程式计算转化的氮气物质的量，进而计算氮气转化率；
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变化说明到达平衡；
③恒温恒容下，若起始时往该容器中充入0.1mol的N2，达到新平衡时NH3的百分含量和原平衡相同，与原平衡为等效平衡，按化学计量数完全转化到左边，满足N2为0.2mol、H2为0.6mol；
保持相同条件，若起始时往该容器中充入0.8mol的NH3，等效开始通入0.4mol的N2和1.2mol的H2，等效为在原平衡的基础上增大压强，与原平衡相比，平衡正向移动；
④第5分钟末将容器的体积缩小一半，瞬间氨气的浓度变为原来的2倍，压强增大，平衡向正反应移动，8min末达到新的平衡，此时NH3浓度约为0.25mol/L，据此作图．

解答 解：①由图可知，4min达平衡，△c（NH3）=0.1mol/L，所以v（NH3）=$\frac{0.1mol/L}{4min}$=0.025mol/（L•min），
生成氨气为0.1mol/L×2L=0.2mol，根据方程式可知转化的氮气物质的量为0.2mol×$\frac{1}{2}$=0.1mol，则氮气转化率为$\frac{0.1mol}{0.2mol}$×100%=50%，
故答案为：0.025mol/（L•min）；50%；
②A．不同物质表示的速率之比的与化学计量数之比，反应到达平衡状态，3v正（H2）=2v逆（NH3）即v正（H2）：v逆（NH3）=2：3，不等于化学计量数之比，未到达平衡状态，逆反应速率较大，平衡向逆反应进行，故A错误；
B．反应混合气体的总质量不变，随反应进行，总的物质的量减小，故平均相对分子质量减小，容器中气体的平均相对分子量不随时间而变化，说明到达平衡状态，故B正确；
C．反应混合气体的总质量不变，容器的容积不变，密度始终不变，容器中气体的密度不随时间而变化不能说明到达平衡状态，故C错误；
D．正反应是气体物质的量减小的反应，随反应进行气体分子数目减少，容器中气体的分子总数不随时间而变化，说明到达平衡状态，故D正确；
E．反应进行后，未达到平衡N2、H2、NH3三种物质也同时存在，故E错误；
F．N2、H2、NH3的浓度比与起始浓度及转化率有关，平衡时不一定等于化学计量数之比，故F错误；
G．断裂1mol N≡N的同时形成6mol N-H，均表示正反应速率，反应始终按该比例关系进行，平衡时断裂1mol N≡N的同时断裂6mol N-H，故G错误，
故选：BD；
③恒温恒容下，若起始时往该容器中充入0.1mol的N2，达到新平衡时NH3的百分含量和原平衡相同，与原平衡为等效平衡，按化学计量数完全转化到左边，满足N2为0.2mol、H2为0.6mol，则：
0.1mol+$\frac{1}{2}$×n（NH3）=0.1mol，n（H2）+$\frac{3}{2}$n（NH3）=0.6mol
解得n（NH3）=0.2mol，n（H2）=0.3mol
保持相同条件，若起始时往该容器中充入0.8mol的NH3，等效开始通入0.4mol的N2和1.2mol的H2，等效为在原平衡的基础上增大压强，与原平衡相比，平衡正向移动，则达平衡时NH3的体积分数大于原平衡NH3的体积分数，
故答案为：0.3；0.2；大于；
④第5分钟末将容器的体积缩小一半，瞬间氨气的浓度变为原来的2倍，压强增大，平衡向正反应移动，8min末达到新的平衡，此时NH3浓度约为0.25mol/L，第5分钟末到达新平衡时NH3浓度的变化曲线为：
，故答案为：．

点评 本题考查化学反应速率的计算、化学平衡态的判断、等效平衡、影响化学平衡的因素等，难度中等，注意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说明到达平衡．

练习册系列答案
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②若改在容器中加入1.0mol SO2、0.5mol O2和amol SO3，保持温度不变反应达平衡后，体系总压强也为0.10MPa，则a=1.0mol．SO2的平衡转化率为60%．
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B．一定存在的离子是Na+、SO32-、CO32-、AlO2-
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18．下列热化学方程式的书写及相关说法正确的是（　　）
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