Question

在

T

1

℃时，向容积为2L的密闭容器甲中加入1molN₂、3molH₂及少量固体催化剂，发生反应N₂（g）+3H₂（g）?2N H₃（g）；△H＜0，10min时各物质的浓度不再变化，测得N H₃的体积分数为25%．
（1）该反应在0-10min时间内H₂的平均反应速率为

 

，N₂的转化率为

 

．
（2）在

T

1

℃时，若起始时在容器甲中加入0.5molN₂、1.5molH₂、0.5molN H₃，则达到平衡时NH₃的体积分数

 

（填选项字母）
a  大于25%   b  等于25%   c  小于25%
（3）如图是在

T

1

℃时密闭容器甲中H₂的体积分数随时间t的变化曲线，请在该图中补画出该反应在

T

2

℃（T₂＞T₁）时的H₂体积分数随时间t的变化曲线．
（4）若保持

T

1

℃，在体积也为2L的密闭容器乙中通入一定量的N₂、H₂、NH₃，欲使平衡时容器乙中各物质的量与容器甲中完全相同，且起始时反应向正反应方向进行，则通入H₂的物质的量x的取值范围是

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算

专题：化学平衡专题

分析：（1）令平衡时参加反应氮气的物质的量为xmol，利用三段式表示出平衡时各组分的物质的量，根据氨气的体积分数列方程计算，再根据v=

△n V

△t

计算v（H₂），根据转化率等于计算氮气的转化率；
（2）起始时在容器甲中加入0.5molN₂、1.5molH₂、0.5molN H₃，等效为开始加入0.75molN₂、2.25molH₂，进一步等效为在原平衡基础上降低压强，与原平衡相比平衡向逆反应方向移动，据此判断；
（3）温度T₂＞T₁，升高温度反应速率加快，缩短到达平衡的时间，该反应为放热反应，平衡向逆反应方向移动，氢气的体积分数增大，据此作图；
（4）若保持

T

1

℃，在体积也为2L的密闭容器乙中通入一定量的N₂、H₂、NH₃，欲使平衡时容器乙中各物质的量与容器甲中完全相同，则与甲为完全等效平衡，按化学计量数转化到左边满足氮气为1mol、氢气为3mol，且起始时反应向正反应方向进行，则通入氢气的物质的量应大于甲中的平衡时氢气的物质的量，由于氨气存在，故氢气应小于3mol．

解答： 解：（1）令平衡时参加反应氮气的物质的量为xmol，则：
           N₂（g）+3H₂（g）?2N H₃（g）
开始（mol）：1       3         0
变化（mol）：x       3x        2x
平衡（mol）：1-x     3-3x      2x
所以

2x

1-x+3-3x+2x

=25%，解得x=0.4，
故v（H₂）=

0.4mol×3 2L

10min

=0.06mol/（L．min），
氮气的转化率=

0.4mol

1mol

×100%=40%，
故答案为：0.06mol/（L．min）；40%；
（2）起始时在容器甲中加入0.5molN₂、1.5molH₂、0.5molN H₃，等效为开始加入0.75molN₂、2.25molH₂，进一步等效为在原平衡基础上降低压强，与原平衡相比平衡向逆反应方向移动，平衡时NH₃的体积分数小于25%，
故答案为：c；
（3）升高温度反应速率加快，缩短到达平衡的时间，该反应为放热反应，平衡向逆反应方向移动，氢气的体积分数增大，温度T₂＞T₁，故T₂温度到达平衡时间较短、氢气的体积分数较大，图象为，故答案为：；
（4）若保持

T

1

℃，在体积也为2L的密闭容器乙中通入一定量的N₂、H₂、NH₃，欲使平衡时容器乙中各物质的量与容器甲中完全相同，则与甲为完全等效平衡，按化学计量数转化到左边满足氮气为1mol、氢气为3mol，且起始时反应向正反应方向进行，则通入氢气的物质的量应大于甲中的平衡时氢气的物质的量，由于氨气存在，故氢气应小于3mol，由（1）计算可知平衡时甲中氢气为3mol-3×0.4mol=1.8mol，故1.8mol＜x＜3mol，
故答案为：1.8mol＜x＜3mol．

点评：本题考查化学平衡计算、化学反应速率计算、等效平衡等，难度中等，（2）（3）注意根据等效平衡进行解答．