Question

11．恒温下，向一个4L的密闭容器中充入5.2molH₂和2molN₂，反应过程中对NH₃的浓度进行检测，得到的数据如表所示：

时间/min	5	10	15	20	25	30
c（NH3）/mol•L-1	0.08	0.14	0.18	0.20	0.20	0.20

①下列可以证明反应达到平衡的标志是ACDF．
A．N₂、H₂和NH₃的浓度不再变化
B．单位时间内消耗n mol N₂同时消耗3nmol H₂
C.1mol氮氮三键断裂同时6molN-H键断裂
D．容器内总压强不随时间而变化
E．混合气体的密度保持不变
F．混合气体的平均相对分子质量不再改变
②此条件下该反应的化学平衡常数K=0.1，若温度不变，只将容器体积由4L变为2L，达到新平衡时N₂的平衡浓度＞0.4mol•L^-1（填“＞”、“=”或“＜”）．
③如图所示，隔板K₁固定不动，活塞K₂可自由移动．T℃时，M、N两个容器中均发生反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），向容器M、N中各充入l mol N₂和3mol H₂，初始M、N的容积和温度相同，并保持温度不变．下列有关说法中不正确的是A．
A．反应达到平衡时N₂的转化率：M＞N
B．H₂的体积分数：M＞N
C．容器N中达到平衡，测得容器中含有1.2mol NH₃，此时N的容积为VL，则该反应在此条件下的平衡常数K=
$\frac{24{V}^{2}}{12}$
D．该反应在T℃时的平衡常数K：M=N．

Answer 1

分析 ①反应到达平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各物质的浓度、百分含量不变，可以及由此衍生的一些量也不发生变化，由此进行判断．解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
②由表中数据可知，20min达平衡，平衡时NH₃的浓度为0.20mol/L，利用三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，代入平衡常数表达式k=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$计算，只将容器体积由4L变为2L，若平衡不移动氮气的浓度为原来2倍，但体积减小压强增大，平衡向正反应移动，故氮气的平衡浓度小于原平衡浓度的2倍，但大于原平衡的浓度；
③M容器保持恒容，N容器保持恒压，由于N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）中反应前后的气体系数和不等，所以两个平衡态也不一样，M容器达到平衡后气体压强减小，N容器中保持恒压，反应达到平衡过程中压强大于M容器，平衡正向进行；
A、M容器达到平衡后压强减小，N容器中保持恒压，反应达到平衡过程中N容器的压强大于M容器，平衡正向进行；
B、M容器达到平衡后体系压强减小，N容器中保持恒压，反应达到平衡过程中N的压强大于M容器，平衡正向进行；
C、依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度，结合平衡常数概念计算平衡常数；
D、由于两个反应的温度相同，则两个反应的化学平衡常数相等．

解答 解：①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），反应是气体体积减小的放热反应，
A．N₂、H₂和NH₃的浓度不再变化是平衡标志，故A正确；
B．单位时间内消耗n mol N₂同时消耗3nmol H₂，说明反应正向进行，不能说明反应达到平衡状态，故B错误；
C.1mol氮氮三键断裂同时6molN-H键断裂，说明正逆反应速率相同，故C正确；
D．反应前后气体体积减小，容器内总压强不随时间而变化，说明反应达到平衡状态，故D正确；
E．反应前后气体质量和体积都不变，混合气体的密度始终保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故E错误；
F．反应前后气体物质的量减小，气体质量不变，混合气体的平均相对分子质量不再改变说明反应达到平衡状态，故F正确；
故答案为：A C D F；
②由表中数据可知，20min达平衡，平衡时NH₃的浓度为0.20mol/L，则：
                      N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
开始（mol/L）：0.5        1.3           0
变化（mol/L）：0.1        0.3           0.2
平衡（mol/L）：0.4        1            0.20
平衡常数表达式k=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0．{2}^{2}}{0.4×{1}^{3}}$=0.1，
只将容器体积由4L变为2L，若平衡不移动氮气的浓度为原来2倍为0.8mol/L，但体积减小压强增大，平衡向正反应移动，故氮气的平衡浓度小于原平衡浓度的2倍，大于原平衡的浓度，即0.4mol/L＜c（N₂）＜0.8mol/L，
故答案为：0.1；＞；
 ③M容器保持恒容，N容器保持恒压，由于反应前后的气体系数和不等，所以两个平衡态也不一样，M容器达到平衡后压强减小，N容器中保持恒压，反应达到平衡过程中压强大于M容器，平衡正向进行；
A、M容器达到平衡后压强减小，N容器中保持恒压，反应达到平衡过程中N容器内的压强大于M容器，增大压强，平衡正向进行，所以达到平衡后氮气的转化率：M＜N，故A错误；
B、M容器达到平衡后体系压强减小，N容器中保持恒压，反应达到平衡过程中N容器内气体的压强大于M容器，平衡正向进行，达到平衡后氢气的体积分数：M＞N，故B正确；
C、依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度，容器N中达到平衡，测得容器中含有1.2molNH₃，此时N的容积为VL，
              N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
起始量（mol）  1        3       0
变化量（mol）  0.6     1.8     1.2
平衡量（mol）  0.4      1.2    1.2
平衡后物质的浓度c（N₂）=$\frac{0.4}{V}$mol/L，c（H₂）=$\frac{1.2}{V}$mol/L，c（NH₃）=$\frac{1.2}{V}$mol/L，该反应的平衡常数为：K=$\frac{（\frac{1.2}{V}）^{2}}{（\frac{1.2}{V}）^{3}×\frac{0.4}{V}}$=$\frac{25{V}^{2}}{12}$，故C正确；
D、M容器保持恒容，N容器保持恒压，由于反应前后的气体系数和不等，所以两个平衡态也不一样，但温度相同平衡常数相同，该反应在T℃时的平衡常数K：M=N，故D正确；
故答案为：A．

点评 本题考查化学平衡的计算、平衡常数的计算等，题目难度中等，注意掌握化学平衡的影响因素、化学平衡常数的概念，注意三段式在计算出中的应用方法．