Question

15．氨气是重要化工产品之一．传统的工业合成氨技术的反应原理是：N₂（g）+3H₂（g）$?_{高温、高压}^{催化剂}$ 2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol．在500℃、20MPa时，将N₂、H₂置于一固定容积的密闭容器中反应，反应过程中各种物质的量变化如图1所示，回答下列问题：

（1）计算反应在第一次平衡时的平衡常数K=0.15．（保留二位小数）
（2）由第一次平衡到第二次平衡，平衡移动的方向是正反应方向移动，采取的措施是移走生成物NH₃．
（3）45min时刻改变的条件是降低温度．
（4）产物NH₃在5～10min、25～30min和45～50min时平均反应速率从大到小的排列次序为v₁＞v₂＞v₃（平均反应速率分别以v₁、v₂、v₃表示）．
（5）随着条件的改变，达到三次平衡时H₂的转化率也发生了变化，如分别以α₁、α₂、α₃表示，其中最小的是α₃．
（6）请在图2中用实线表示25～45、45～60min 两阶段化学平衡常数K的变化图象．

Answer 1

分析 （1）根据图示数据得出第一次达到平衡时反应物和生成物浓度，再根据平衡常数的表达式计算出第一次平衡时平衡常数K；
（2）25min时氨气的浓度为0、氢气和氮气的浓度逐渐减小，据此进行分析改变的条件；
（3）根据45min时氢气、氮气浓度减小、氨气浓度增加进行判断；
（4）根据反应速率的表达式：v=$\frac{△c}{△t}$，时间变化都是5min，根据浓度变化判断v₁、v₂、v₃；
（5）根据表中达到平衡状态时氢气的浓度计算出氢气的转化率，然后判断H₂在三次平衡阶段的平衡转化率大小；
（6）平衡常数和温度有关，放热反应，温度越高，K越小，温度越低，K越大．

解答 解：（1）第一次达到平衡常数时，氨气的浓度为：2.00mol/L，氢气浓度为：3.00mol/L，氮气的浓度为1.00mol/L，第一次平衡时平衡常数K=$\frac{2.0{0}^{2}}{1.00×3.0{0}^{2}}$≈0.15，
故答案为：0.15；
（2）25min时生成物氨气的物质的量浓度为0、氮气和氢气的浓度逐渐减小，说明从反应体系中移出产物氨气，平衡向着正向移动，故答案为：正反应方向移动；移走生成物NH₃；
（3）45min时，氨气的浓度增大，氮气、氢气的浓度减小，化学平衡平衡向着正向移动，该反应是放热反应，说明降低了温度，
故答案为：降低温度；
（4）由图可知，5～10min氨气的浓度变化大于0.5mol/L，25～30min氨气浓度变化约为0.5mol/L，45～50min氨气的浓度变化为（1.0-0.76）mol/L=0.24mol/L，时间变化为5min，由v=$\frac{△c}{△t}$可知，反应速率关系为：v₁＞v₂＞v₃，
故答案为：v₁＞v₂＞v₃；
（5）第一次平衡时氢气的转化率为：$\frac{6.0-3.0}{6.0}$×100%=50%，第二次平衡时氢气的转化率为：$\frac{3.00-1.86}{1.86}$×100%=38%，第三次达到平衡时氢气的转化率为：$\frac{1.86-1.50}{1.86}$×100%≈19.4%，显然第三次氢气的转化率最低，即最小的是α₃，
故答案为：α₃；
（6）平衡常数和温度有关，放热反应，温度越高，K越小，温度越低，K越大，25～45、45～60min 两阶段化学平衡常数K的变化图象如下：，故答案为：．

点评 本题考查考生对化学反应速率概念，化学平衡的了解及其影响因素的理解，对化学平衡常数简单计算的掌握，注重考查学生知识迁移、读图及表达能力．