Question

7．在3个2L的密闭容器中，在相同的温度下、使用相同的催化剂分别进行反应：3H₂（g）+N₂（g） $?_{高温高压}^{催化剂}$2NH₃（g）．按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时有关数据如下：

容器	甲	乙	丙
反应物的投入量	3molH2、2molN2	6molH2、4molN2	2molNH3
达到平衡的时间/min		5	8
平衡时N2的浓度/mol•L-1	c1	1.5
NH3的体积分数	W1		W3
混合气体的密度/g•L-1	ρ1	ρ2

下列说法正确的是（　　）

• A． 容器乙中反应从开始到达平衡的反应速率为v（H₂）=1.5mol•L^-1•min^-1
• B． 2c₁＜1.5
• C． 2ρ₁=ρ₂
• D． 在该温度下甲容器中反应的平衡常数K=$\frac{（2-2{c}_{1}）^{2}}{{c}_{1}（3{c}_{1}-1.5）^{3}}$

Answer 1

分析 A、先计算氮气的反应速率，再根据同一可逆反应同一时间段内各物质的反应速率之比等于其计量数之比计算氢气反应速率；
B、先将丙中的数据按照化学计量数转化成反应物氮气、氢气的物质的量，然后利用等效平衡知识进行分析；
C、反应前后都是气体，容器的容积都是2L，乙中混合气体的质量为甲的2倍，根据ρ=$\frac{m}{V}$分析；
D、甲容器中，反应前氢气浓度为c（H₂）=$\frac{3}{2}$mol/L=1.5mol/L，氮气的浓度为$\frac{2}{2}$mol/L=1mol/L，达到平衡时氮气的浓度变化为（1-c₁）mol/L，
由化学平衡的三段式可得：
                       3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）
反应前（mol/L）：1.5        1         0
浓度变化：（mol/L）：3（1-c₁）   （1-c₁）     2（1-c₁）
反应后：（mol/L）：1.5-3（1-c₁） 1-（1-c₁） 2（1-c₁）
化学平衡常数K=$\frac{[N{H}_{3}]^{2}}{[{N}_{2}][{H}_{2}]^{3}}$；

解答 解：A、氮气的反应速率=$\frac{\frac{4mol}{2L}-1.5mol/L}{5min}$=0.1mol/（L．min），同一可逆反应同一时间段内各物质的反应速率之比等于其计量数之比，所以氢气反应速率=0.3mol/（L．min），故A错误；
B、恒温、恒容条件下，假设乙容器的容积为4L，则达到平衡时甲乙为等效平衡，各组分的含量、浓度相等，此时氮气的浓度为c₁，然后将容器的容积缩小到2L，若平衡不移动，2c₁=1.5mol/L，由于压强增大，平衡向着正向移动，氨气的浓度增大，所以2c₁＞1.5mol/L，故B错误；
C、反应前后都是气体，容器的容积都是2L，乙中混合气体的质量为甲的2倍，根据ρ=$\frac{m}{V}$可知：2ρ₁=ρ₂，故C正确；
D．甲容器中，反应前氢气浓度为c（H₂）=$\frac{3}{2}$mol/L=1.5mol/L，氮气的浓度为$\frac{2}{2}$mol/L=1mol/L，达到平衡时氮气的浓度变化为（1-c₁）mol/L，
由化学平衡的三段式可得：
                        3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）
反应前（mol/L）：1.5       1           0
浓度变化：（mol/L）：3（1-c₁）  （1-c₁）   2（1-c₁）
反应后：（mol/L）：1.5-3（1-c₁）   c₁       2（1-c₁）
化学平衡常数K=$\frac{[N{H}_{3}]^{2}}{[{N}_{2}][{H}_{2}]^{3}}$=$\frac{[2（1-{c}_{1}）]^{2}}{{c}_{1}×[1.5-3（1-{c}_{1}）]^{3}}$=$\frac{（2-2{c}_{1}）^{2}}{{c}_{1}×（3{c}_{1}-1.5）^{3}}$，故D正确；
故选CD．

点评 本题以化学平衡移动原理为载体考查平衡状态判断、等效平衡、化学平衡计算等知识点，侧重考查基本理论，难点构建等效平衡，然后利用外界条件对平衡的影响分析解答，题目难度中等．