Question

【題目】氮元素可形成多種化合物，在工業生產中具有重要價值。請回答下列問題：

(1)一定溫度下，將一定量的N2和H2充入固定體積的密閉容器中進行合成氨反應。

①下列描述能說明該可逆反應達到化學平衡狀態的有__。

A.容器內氣體的密度不變

B.c(N2)：c(H2)：c(NH3)=1：3：2

C.容器內的壓強不變

D.相同時間內有3molH-H鍵斷裂，有6molN-H鍵形成

E.3v正(H2)=2v逆(NH3)

F.容器內氣體的平均相對分子質量不變

②恒溫恒壓條件下，為提高合成氨反應中N2和H2的利用率，可采用的方法__(一種即可)。

(2)一定溫度下，2L密閉容器中充入0.40molN2O4，發生反應：N2O4(g)2NO2(g)，一段時間后達到平衡，測得數據如下：

時間/s	20	40	60	80	100
c(NO2)/(mol/L)	0.12	0.20	0.26	0.30	0.30

①20s內，v(NO2)=__，該溫度下反應的化學平衡常數數值為__。

②升高溫度時，氣體顏色加深，則正反應是__(填“放熱”或“吸熱”)反應。

③相同溫度下，若開始向該容器中充入0.40mo1NO2，則達到平衡后：c(NO2)__0.15mol/L(填“>”、“=”或“<”)

Answer 1

【答案】C、F 移出NH3 6×10-3mol/(L·s) 1.8 吸熱 >

【解析】

(1)①可逆反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，反應體系中各物質的物質的量不變、物質的量濃度不變、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；

(2)①根據表格數據找出平衡時各物質的濃度，計算平衡常數；

③利用等效平衡思想分析。

(1)①A．氣體質量和體積不變，容器內氣體的密度始終不變，不能說明反應達到平衡狀態，故A不選；
B．平衡時各物質的濃度不再改變，但濃度之比不一定等于計量數之比，與反應物投料及轉化率有關，故B不選；
C．該反應前后氣體系數之和不同，未平衡時氣體的物質的量會發生變化，而容器恒容，所以容器內壓強會變，容器內的壓強不變說明反應達到平衡狀態，故C選；

D．相同時間內有3molH-H鍵斷裂，有6mol N-H鍵形成，二者描述的都是正反應速率，只要反應進行，該關系就存在，故D不選；
E．速率之比等于化學方程式計量數之比，為正反應速率之比，2v正(H2)=3v逆(NH3)能說明反應達到平衡狀態，但3v正(H2)=2v逆(NH3)不能證明反應達到平衡狀態，故E不選；
F．反應前后氣體質量不變，氣體物質的量變化，所以未平衡時容器內氣體的平均相對分子質量會變，不變時說明反應達到平衡狀態，故F選；

綜上所述選C、F；

②恒溫恒壓條件下，可以及時移走生成的NH3使平衡正向移動，增大反應物的利用率；

(2)①20s內，v(NO2)== 6×10-3mol/(L·s)；

根據表格數據可知80s時反應已經達到平衡，此時△c(NO2)=0.30mol/L，根據方程式可知△c(N2O4)=0.15mol/L，初始投料0.40molN2O4，容器體積為2L，所以平衡時c(N2O4)=0.05mol/L，則該溫度下平衡常數為=1.8；

②升高溫度顏色加深，說明向生成NO2的方向移動，即正向移動，所以正反應為吸熱反應；

③若開始向該容器中充入0.40mo1NO2，極限轉化相當于充入0.20molN2O4，假如二者達到等效平衡，則c(NO2)=0.15mol/L，但實際上由于氣體的物質的量減少，容器內壓強降低，平衡會在等效平衡的基礎上向生成NO2的方向移動，所以c(NO2)>0.15mol/L。