Question

15．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用，合成氨工业在国民生产中有重要意义．以下是关于合成氨的有关问题，请回答：
（1）若在一容积为2L的密闭容器中加入0.2mol的N₂和0.6mol的H₂在一定条件下发生反应：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，若在5分钟时反应达到平衡，此时测得NH₃的物质的量为0.2mol．则前5分钟的平均反应速率v（N₂）=0.01mol/（L•min）．平衡时H₂的转化率为50%
（2）若在0.5L的密闭容器中，一定量的氮气和氢气进行如下反应：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，其化学平衡常数K与温度T的关系如表所示：

T/℃	200	300	400
K	K1	K3	0.5

请完成下列问题：
①试比较K₁、K₂的大小，K₁＞K₂（填“＜”“＞”或“=”）；
②下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据是C（填序号字母）
A．容器内N₂、H₂、NH₃的物质的量浓度之比为1：3：2
B．v（H₂）正=3v（H₂）逆
C．容器内压强保持不变
D．混合气体的密度保持不变
③400℃，当测得NH₃、N₂和H₂物质的量分别为3mol、2mol和 1mol时，则v（N₂）正＞v（N₂）逆
（填“＜”“＞”或“=”）

Answer 1

分析 （1）5min达平衡，△c（NH₃）=0.1mol/L，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（NH₃），再根据反应速率之比等于系数之比计算v（N₂）；利用浓度变化量之比等于化学计量数之比，根据△c（NH₃）计算△c（H₂），再根据n=cV计算参加反应的氢气的物质的量，据此计算转化率；
（2）①对于放热反应，温度越高，平衡逆向移动，反应平衡常数越小；
②根据平衡状态的判断依据判断；
③化学平衡常数，正反应平衡常数和逆反应的平衡常数互为倒数，根据浓度熵和平衡常数的关系来确定平衡的移动方向．

解答 解：（1）5min达平衡，△c（NH₃）=0.1mol/L，所以v（NH₃）=$\frac{0.1mol/L}{5min}$=0.02mol/（L•min），根据反应速率之比等于系数之比，则v（N₂）=$\frac{1}{2}$×0.02mol/（L•min）=0.0mol/（L•min）；
△c（NH₃）=0.1mol/L，浓度变化量之比等于化学计量数之比，所以△c（H₂）=$\frac{3}{2}$△c（NH₃）=$\frac{3}{2}$×0.1mol/L=0.15mol/L，故参加反应的氢气的物质的量为0.15mol/L×2L=0.3mol，所以氢气的转化率为$\frac{0.3mol}{0.6mol}$×100%=50%，
故答案为：0.01mol/（L•min）；
（2）①该反应正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，生成物浓度减小，反应物浓度增大，所以K₁＞K₂，故答案为：＞；
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，反应是气体体积减小的放热反应，则
A、容器内各物质的浓度之比等于计量数之比，不能证明正逆反应速率相等，故A错误；
B、不同物质的正逆反应速率之比等于其计量数之比是平衡状态，3υ（N₂）（正）=υ（H₂）（逆）是平衡状态，故B错误；
C、容器内压强不变，气体的物质的量不变，该反应达平衡状态，故C正确；
D、如果是在密闭容器中反应，质量不变，体积不变，密度始终不变，故D错误；
故答案为：C；
③400℃时，反应2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的化学平衡常数K的值和反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常数呈倒数，所以K=$\frac{1}{0.5}$=2；
容器的体积为0.5L，NH₃和N₂．H₂的物质的量浓度分别为：6mol/L、4mol/L、2mol/L，400℃时，浓度商Q_c=$\frac{4×{2}^{3}}{{6}^{2}}$=$\frac{8}{9}$＜K=2，说明反应正向进行，因此有v（N₂）_正＞v（N₂）_逆；
故答案为：＞．

点评 本题考查化学平衡常数、意义，反应速率计算等，题目难度中等，注意化学平衡常数大小说明反应进行程度，与反应难易无关、与反应速率无关．