Question

1．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用，合成氨工业在国民生产中有重要意义．以下是关于合成氨的有关问题，请回答：
（1）若在一容积为2L的密闭容器中加入0.2mol的N₂和0.6mol的H₂在一定条件下发生反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，若在5分钟时反应达到平衡，此时测得NH₃的物质的量为0.2mol．则前5分钟的平均反应速率v（N₂）=0.01mol/（L．min）．平衡时H₂的转化率为50%．
（2）平衡后，若要提高H₂的转化率，可以采取的措施有CD．
A．加了催化剂     B．增大容器体积C．降低反应体系的温度    D．加入一定量N₂
（3）若在0.5L的密闭容器中，一定量的氮气和氢气进行如下反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，其化学平衡常数K与温度T的关系如表所示：

T/℃	200	300	400
K	K1	K2	0.5

请完成下列问题：
①试比较K₁、K₂的大小，K₁＞K₂（填“＜”“＞”或“=”）；
②下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据是C（填序号字母）
A．容器内N₂、H₂、NH₃的物质的量浓度之比为1：3：2B．v（N₂）_正=3v（H₂）_逆
C．容器内压强保持不变D．混合气体的密度保持不变
③400℃时，反应2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的化学平衡常数为2．当测得NH₃、N₂和H₂物质的量分别为3mol、2mol和 1mol时，则该反应的v（N₂）_正＞ v（N₂）_逆（填“＜”“＞”或“=”）．
（4）根据化学反应速率和化学平衡理论，联系合成氨的生产实际，你认为下列说法不正确的是C．
A．化学反应速率理论可指导怎样在一定时间内快出产品
B．勒夏特列原理可指导怎样使用有限原料多出产品
C．催化剂的使用是提高产品产率的有效方法
D．正确利用化学反应速率和化学反应限度理论都可以提高化工生产的综合经济效益．

Answer 1

分析 （1）若在5分钟时反应达到平衡，此时测得NH₃的物质的量为0.2mol，由方程式可知，消耗氮气为0.2mol×$\frac{1}{2}$=0.1mol，消耗氢气为0.2mol×$\frac{3}{2}$=0.3mol，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（N₂），H₂的转化率=$\frac{物质的量变化量}{起始物质的量}$×100%；
（2）A．加了催化剂，不影响平衡移动；
B．增大容器体积，压强减小，平衡向气体体积增大方向移动；
C．降低反应体系的温度，平衡向放热反应方向移动；
D．加入一定量N₂，平衡正向移动；
（3）①正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小；
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；
③400℃时，反应2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的化学平衡常数与N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常数互为倒数；
计算此时浓度商Qc，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＜K，反应向正反应进行，若Qc＞K，反应向逆反应进行；
（4）A．化学反应速率表示反应快慢；
B．根据勒夏特列原理，改变条件使平衡正向移动；
C．使用催化剂不影响平衡移动；
D．化工生产经济效益需要考虑产量及原料利用率．

解答 解：（1）若在5分钟时反应达到平衡，此时测得NH₃的物质的量为0.2mol，由方程式可知，消耗氮气为0.2mol×$\frac{1}{2}$=0.1mol，消耗氢气为0.2mol×$\frac{3}{2}$=0.3mol，则v（N₂）=$\frac{\frac{0.1mol}{2L}}{5min}$=0.01mol/（L．min），H₂的转化率=$\frac{0.3mol}{0.6mol}$×100%=50%，
故答案为：0.01mol/（L．min）；50%；
（2）A．加了催化剂加快反应速率，不影响平衡移动，氢气转化率不变，故A错误；
B．增大容器体积，压强减小，平衡向逆反应方向移动，氢气转化率减小，故B错误；
C．正反应为放热反应，降低反应体系的温度，平衡正向移动，氢气转化率增大，故C正确；
D．加入一定量N₂，平衡正向移动，氢气转化率增大，故D正确，
故选：CD；
（3）①正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，故K₁＞K₂，
故答案为：＞；
②A．平衡时各组分浓度之比与起始浓度及转化率有关，平衡时浓度之比不一定等于化学计量数之比，故A错误；
B．应是v（H₂）_正=3v（N₂）_逆时反应到达平衡，故B错误；
C．随反应进行气体物质的量减小，恒温恒容下压强减小，容器内压强保持不变说明反应到达平衡，故C正确；
D．混合气体的总质量不变，容器容积不变，混合气体的密度为定值，故D错误，
故选：C；
③400℃时，反应2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的化学平衡常数与N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常数互为倒数，则400℃时，反应2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的化学平衡常数K=$\frac{1}{0.5}$=2；
此时浓度商Qc=$\frac{\frac{2}{2}×（\frac{1}{2}）^{3}}{（\frac{3}{2}）^{2}}$=$\frac{1}{18}$＜K=2，反应向正反应进行，则该反应的v（N₂）_正＞v（N₂）_逆，
故答案为：2；＞；
（4）A．化学反应速率表示反应快慢，可指导怎样在一定时间内快出产品，故A正确；
B．根据勒夏特列原理，改变条件使平衡正向移动，可指导怎样使用有限原料多出产品，故B正确；
C．使用催化剂加快反应速率，一定时间内快出产品，但不影响平衡移动，不能提高产品产率，故C错误；
D．化工生产经济效益需要考虑产量及原料利用率，改变条件，增大化学反应速率，使平衡正向移动，可以提高化工生产的综合经济效益，故D正确；
故选C．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡状态判断、平衡常数计算及应用、化学反应速率计算与影响因素等，掌握化学平衡常数的用途：1、判断反应进行的程度，2、判断反应的热效应，3、判断反应进行的方向，4、计算转化率等．