Question

氨的合成是最重要的化工生產之一。
I．工業上合成氨用的H₂有多種制取的方法：
① 用焦炭跟水反應：      C(s）+ H₂O(g)CO(g）+ H₂(g)；
② 用天然氣跟水蒸氣反應：CH₄(g）+ H₂O(g） CO (g)+ 3H₂(g)
已知有關反應的能量變化如下圖，則方法②中反應的ΔH =__________    ___。

Ⅱ．在3個1L的密閉容器中，同溫度下、使用相同催化劑分別進行反應：
3H₂(g）+ N₂(g）2NH₃(g)，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，反應達到平衡時有關數據為：

容 器	甲	乙	丙
反應物投入量	3 mol H2、2 mol N2	6 mol H2、4mol N2	2 mol NH3
達到平衡的時間（min）	t	5	8
平衡時N2的濃度（mol·L-1）	c1	3
N2的體積分數	ω1	ω2	ω3
混合氣體密度（g·L-1）	ρ1	ρ2

 
(1）下列能說明該反應已達到平衡狀態的是
a．容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1︰3︰2
b．v（N₂）_正＝3v（H₂）_逆
c．容器內壓強保持不變
d．混合氣體的密度保持不變
(2）甲容器中達到平衡所需要的時間t     5min (填>、< 或=)
(3）乙中從反應開始到平衡時N₂的平均反應速率       （注明單位）。
(4）分析上表數據，下列關系正確的是________．
a．2c₁ =3mol/L         b．ω₁ = ω₂            c．2ρ₁ = ρ₂    
(5）該溫度下，容器乙中，該反應的平衡常數K=____  __（用分數表示）（mol/L）^－2。

Answer 1

（16分）I．ΔH =（a+3b-c）( 3分）
Ⅱ．(1）c（3分）；
(2）t > 5 （2分）；
(3）0．2 mol·L^-1·min^-1（2分，數據1分，單位1分）
(4）c（3分）；
(5）K= 4/81（3分）

解析試題分析：I．由圖知CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g）△H=-akJ/mol；    ①
H₂(g)+1/2O₂(g)= H₂O(g）      △H=-bkJ/mol；       ②
CH₄(g)+2O₂(g)= 2H₂O(g)+ CO₂(g）        △H=-ckJ/mol        ③；根據蓋斯定律得方法②中反應的ΔH =③-①-②×3=-c-(-a)-(-b)×3=（a+3b-c）kJ/mol；
Ⅱ．(1)a、平衡時容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比不一定為1︰3︰2，錯誤；b、根據化學方程式得3v（N₂）_正＝v（H₂）_逆 ，錯誤；c、容器體積不變，一定溫度下，隨著反應的進行，氣體的物質的量在減少，所以容器的壓強逐漸減小，當平衡時，壓強不再變化，正確；d、根據質量守恒定律，該恒容容器中的氣體的密度一直不變，不能判斷平衡狀態的到達，錯誤，答案選c。
（2）甲與乙比，反應物的濃度小，所以反應速率慢，達平衡的時間長，則t>5min；
（3）氮氣的初始濃度是4mol/L，平衡濃度是3mol/L，所以氮氣的濃度減少1mol/L，則乙中氮氣的平均反應速率為1mol/L/5min=0．2mol·L^-1·min^-1
(4)乙與甲比，乙的反應物濃度是甲的2倍，相當于在甲的平衡的基礎上又充入3 mol H₂、2 mol N₂，若平衡不移動，則2c₁ =3mol/L，ω₁ = ω₂，而實際在恒溫恒容時增大反應物的濃度平衡正向移動，所以3>2c₁，ω₂ >ω₁ ，ab錯誤；對于恒容條件下的可逆反應，體系中各物質均是氣體，乙中的氣體質量是甲中氣體質量的2倍，所以乙的密度也是甲的2倍，c正確，答案選c。
(5)根據（3）的計算，消耗氮氣1mol/L，消耗氫氣3mol/L，則生成氨氣2mol/L．該溫度下，容器乙中各物質的平衡濃度分別為c（N₂）=3mol/L，c（H₂）=3mol/L，c（NH₃）=2mol/L，所以
K= c（NH₃）²/ c（N₂）·c（H₂）³=4/81（mol/L）^－2
考點：考查蓋斯定律的應用，化學反應速率的計算，化學平衡狀態的判斷，不同平衡狀態的比較，化學平衡常數的計算