Question

3．合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义．其原理为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
据此回答以下问题：
（1）①该反应的化学平衡常数表达式为K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
②根据温度对化学平衡的影响规律可知，对于该反应，温度越高，其平衡常数的值越小．
（2）某温度下，若把1mol N₂与3mol H₂置于体积为1L的密闭容器内，反应达到平衡状态时，测得混合气体中氨的体积分数为$\frac{1}{3}$，则该温度下反应的K的计算式=$\frac{1^2}{0.5×1.5^3}$（用分数表示）．能说明该反应达到化学平衡状态的是bd（填字母）．
a．容器内的密度保持不变
b．容器内压强保持不变
c．v正（N₂）=2v逆（NH₃）
d．混合气体中c（NH₃）不变
（3）对于合成氨反应而言，下列有关图象一定正确的是（选填序号）ac．

（4）相同温度下，有恒容密闭容器A和恒压密闭容器B，两容器中均充入1mol N₂和3mol H₂，此时两容器的体积相等．在一定条件下反应达到平衡状态，A中NH₃的体积分数为a，放出热量Q₁ kJ；B中NH₃的体积分数为b，放出热量Q₂ kJ．则：a＜b（填“＞”、“=”或“＜”，下同），Q₁＜Q₂，Q₁＜92.4．

Answer 1

分析 （1）①根据化学平衡常数概念列表达式；②反应为放热反应，升温反应逆向移动，k变小；
（2）根据三段式和k的表达式可得；化学反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各组分浓度保持不变，据此分析；
（3）a．先出现拐点的先达到平衡，则T₂大，温度高，平衡逆向移动；
b．平衡时浓度不一定相等；
c．使用催化剂加快反应速率，对平衡无影响；
（4）恒容密闭容器A，反应达到平衡状态，A中NH₃的体积分数为a，放出热量Q₁kJ，
而恒压密闭容器B，均充入1mol N₂和3molH₂，反应发生后总物质的量减少，由pV=nRT可知，相对于A来说，相当于B加压，则平衡正向移动．

解答 解：（1）①根据化学平衡常数概念列表达式k=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，故答案为：$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$
②该反应是放热反应，温度越高，反应越逆向进行，K越小，故答案为：小；
（2）设反应氮气为x，根据三段式：
                N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始浓度：1            3               0
转化浓度：x             3x              2x
平衡浓度：1-x          3.3x           2x
混合气体中氨的体积分数为$\frac{1}{3}$，有$\frac{2x}{1-x+3-3x+2x}$=$\frac{1}{3}$，解得x=0.5，则k=$\frac{1^2}{0.5×1.5^3}$；
a．容器体积不变，气体质量不变，所以容器内的密度始终保持不变，故a不选；
b．容器体积不变，反应前后气体物质的量不同，所以容器内压强保持不变说明反应达到平衡状态，故b选；
c．v_正（N₂）=2v_逆（NH₃），不符合化学计量数之比，故c不选；
d．混合气体中c（NH₃）不变，说明各组分浓度都不变，反应达到平衡状态，故d选；
故答案为：$\frac{1^2}{0.5×1.5^3}$；bd；
（3）a．先出现拐点的先达到平衡，则T₂大，温度高，平衡逆向移动，与图象一致，故a正确；
b．平衡时浓度不一定相等，平衡浓度取决起始浓度和转化率，图象表示错误，故b错误；
c．使用催化剂加快反应速率，对平衡无影响，平衡时物质的浓度不变，与图象一致，故c正确；
故答案为：ac；
（4）恒容密闭容器A，反应达到平衡状态，A中NH₃的体积分数为a，放出热量Q₁kJ，而恒压密闭容器B，均充入1mol N₂和3molH₂，反应发生后总物质的量减少，由pV=nRT可知，相对于A来说，相当于B加压，则平衡正向移动，氨气的体积分数变大，所以a＜b，B中放出的热量对，则Q₁＜Q₂，热化学方程式中反应热为完全反应放出的热量，而A中不能完全转化，放出的热量少，则Q₁＜92.4；
故答案为：＜；＜；＜．

点评 本题考查较综合，涉及化学平衡的计算、影响反应速率及平衡的因素、平衡的判定、热化学反应方程式，化学平衡图象等，注重高考常考查点的考查，注意图象的分析，题目难度中等．