Question

11．在恒温条件下起始时容积均为5L的甲、乙两密闭容器中（甲为恒容容器、乙为恒压容器），均进行反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H₂=-92.4kJ/mol，有关数据及特定平衡状态见表．

容器	起始投入			达平衡时
甲	2molN2	3molH2	0molNH3	1.5molNH3
乙	amolN2	bmolH2	0molNH3]	1.2molNH3

（1）若平衡后同种物质的体积分数相同，起始时乙容器通入的N₂的物质的量为1.6mol，
起始时乙中的压强是甲容器的0.8倍，乙的平衡常数为107（mol/L）^-2
（2）恒容密闭容器中可以发生氨气的分解反应，达平衡后，仅改变下表中反应条件x，下列各项中y随x的增大而增大的是bc（选填序号）．

选项	a	b	c	d
x	温度	温度	加入H2的物质的量	加入氨气的物质的量
y	混合气体的平均相对分子质量	平衡常数K	混合气体的密度	达平衡时氨气的转化率

（3）研究在其他条件不变时，改变起始物氢气的物质的量对反应的影响，实验结果如图所示（图中T表示温度，n表示物质的量）：
①像中T₂和T₁的关系是：T₂低于T₁（填“高于”“低于”“等于”“无法确定”）．
②a、b、c三点中，N₂转化率最高的是c（填字母）．
③若容器容积为1L，T₂℃在起始体系中加入1mol N₂，3molH₂，经过5min反应达到平衡时H₂的转化率为60%，则NH₃的反应速率为0.24mol．L^-1．min^-1．保持容器体积不变，若起始时向容器内放入2mol N₂和6mol H₂，达平衡后放出的热量为Q，则Q＞110.88kJ（填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析 （1）平衡后同种物质的体积分数相同，说明甲乙平衡状态相同，是等效平衡；依据图表数据和平衡三段式列式计算，气体压强之比等于气体物质的量之比；
（2）a．该反应是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，混合气体总物质的量增大；
b．平衡常数只与温度有关，温度改变平衡常数改变，升高温度平衡向正反应方向移动；
c．加入氢气，混合气体质量增大、但容器体积不变；
d．加入氨气，平衡向正反应方向移动，但其转化率减小；
（3）①该反应为放热反应，根据温度升高化学平衡向着吸热方向进行；
②根据增加反应物浓度（氢气）的物质的量化学平衡向着正反应方向移动；
③化学平衡三行计算列式计算，反应速率v=$\frac{△c}{△t}$计算，结合平衡计算H₂的转化率为60%时放出的热量，若起始时向容器内放入2mol N₂和6mol H₂，相当于增大压强平衡正向进行，反应是可逆反应不能进行彻底，放出热量小于2×92.4kJ/mol=184.8KJ，大于H₂的转化率为60%时放出的热量的2倍．

解答 解：（1）甲、乙两组实验中同种物质的体积分数相同，说明达到相同的平衡状态，乙容器体积V，$\frac{1.5mol}{5L}$=$\frac{1.2mol}{V}$，V=4L；根据三段式：
甲：N₂+3H₂?2NH₃，
起始量       2    3     0
变化量    0.75   2.25  1.5
平衡量    1.25   0.75   1.5
乙：N₂+3H₂?2NH₃，
起始量   a     b       0
变化量 0.6    1.8     1.2
平衡量 a-0.6 b-1.8    1.2
$\frac{1.25mol}{5L}$=$\frac{（a-0.6）mol}{4L}$，得a=1.6mol，$\frac{0.75mol}{5L}$=$\frac{（b-1.8）mol}{4L}$．得b=2.4mol；起始时乙容器中的压强是甲容器的倍数为：$\frac{1.6mol+2.4mol}{2mol+3mol}$=0.8，乙的平衡常数k=$\frac{（1.2mol÷4L）^2}{（1mol÷4L）•（0.6mol÷4L）^3}$=107（mol/L）^-2
故答案为：1.6mol；   0.8； 107（mol/L）^-2
（2）a．该反应是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向移动，混合气体总物质的量增大，混合气体总质量不变，平均相对分子质量减小，故a错误；
b．平衡常数只与温度有关，温度改变平衡常数改变，升高温度平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，故b正确；
c．加入氢气，混合气体质量增大、但容器体积不变，混合气体密度增大，故c正确；
d．加入氨气，平衡向正反应方向移动，但其转化率减小，故d错误，
故答案为：bc；
（3）①为反应为放热反应，温度升高化学平衡向着吸热方向进行，从T₁到T₂生成物氨气的量增加，平衡正移，故T₂＜T₁；
故答案为：低于；
②b点代表平衡状态，c点又加入了氢气，故平衡向右移动，氮气的转化率增大；
故答案为：c；
③化学平衡三段式计算列式计算，
             N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）1         3         0
变化量（mol）0.6      3×60%    1.2
平衡量（mol） 0.4       1.2      1.2
 反应速率v=$\frac{1.2mol÷1L}{5min}$=0.24mol．L^-1．min^-1；此时反应放出热量=92.4kJ/mol×$\frac{1.8}{3}$=55.44KJ，结合平衡计算H₂的转化率为60%时放出的热量，若起始时向容器内放入2mol N₂和6mol H₂，相当于增大压强平衡正向进行，反应是可逆反应不能进行彻底，放出热量小于2×92.4kJ/mol=184.8KJ，大于H₂的转化率为60%时放出的热量的2倍，即热量＞55.44KJ×2=110.88kJ．
故答案为：0.24mol．L^-1．min^-1；＞．

点评 本题考查了影响化学反应速率的计算、外界条件对平衡的影响和化学平衡常数的书写，为高频考点，综合性较强，难度中等，注意化学反应原理的合理利用，掌握三段式解题法，加强计算能力的培养．