Question

把大气中的游离态的氮转化为氮的化合物的过程称为氮的固定．生物固氮和大气固氮（闪电时N₂转化为NO）属于自然固氮，这远不能满足人类的需要．工业固氮（合成氨）是目前人工固氮的主要方法．有关大气固氮和工业固氮的平衡常数K值分别如下表一和表二．
表一：N₂+O₂?2NO

温度	27℃	2000℃
K值	3.84×10-31	0.1

表二：N₂+3H₂?2NH₃

温度	25℃	350℃	400℃	450℃
K值	5×108	1.847	0.507	0.152

（1）根据上表中的数据分析，下列说法正确的是

 

（填字母序号）．
A．大气固氮是吸热反应，工业固氮是放热反应
B．人类大规模模拟大气固氮是没有意义的
C．在常温下，增加工业固氮的容器的压强，K值会改变
D．工业固氮分离出NH₃时，使H₂的转化率和反应速率都增大
（2）已知反应N₂+O₂?2NO在2404℃时，平衡常数K=6.4×10^-3．请回答下列问题：
①该温度下，某时刻测得容器内N₂、O₂、NO的浓度分别为2.5×10^-1mol?L^-1、4.0×10^-2mol?L^-1和3.0×10^-3mol?L^-1，此时反应

 

（填“达平衡状态”、“正向进行”或“逆向进行”），理由是

 

．
②将一定量的N₂、O₂的混合气体充入某一恒温恒容的密闭容器中，图1变化趋势中正确的是

 

（填字母序号）．

③向某一恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的N₂和O₂，达到平衡状态后再向其中充入一定量NO，重新达到化学平衡状态．与原平衡状态相比，此时平衡混合气体中NO的体积分数

 

（填“变大”、“变小”或“不变”）．
（3）向某一密闭容器中加入4mol NH₃、1.2mol H₂和一定量的N₂三种气体，一定条件下发生反应，各物质的浓度随时间变化如图2甲所示（已知0～t₁阶段保持恒温、恒容，且c（N₂）未画出）．图2乙为t₂时刻后改变反应条件，反应速率随时间的变化情况，已知在t₂、t₃、t₄、t₅时刻各改变一种不同的条件．
①若t₁=15s，则t₀～t₁阶段的反应速率为υ（H₂）=

 

．
②N₂的起始物质的量为

 

．
③下列说法中能表明上述反应已达到平衡状态的是

 

（填字母序号）．
A．NH₃的百分含量不再变化
B．容器的总压强不再变化
C．混合气体的密度不再变化
D．3个H-H 键断裂的同时有6个H-N键断裂
④t₄时刻改变的条件为

 

，t₅时刻改变的条件为

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,化学平衡的调控作用,化学平衡状态的判断,等效平衡

专题：化学平衡专题

分析：（1）根据表中数据分析各选项，判断正确答案；
（2）①根据浓度商与化学平衡常数的大小判断化学平衡移动方向，并说明理由；
②根据外界条件对化学平衡的影响判断图象；
③该反应是反应前后气体体积相等的反应，增大压强，化学平衡不发生移动，据此判断；
（3）①由图可知，t₀-t₁阶段H₂浓度变化量为0.6mol/L-0.3mol/L=0.3mol/L，根据化学反应速率公式计算得出；
②根据方程式结合生成的氢气的量计算；
③达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，百分含量不变，以及由此衍生的其它一些量不变，据此分析；
④t₄时刻，正逆反应速率均降低相同程度，据此判断；t₅时刻，正逆反应速率均增大，且正反应速率增大程度大，据此分析．

解答： 解：（1）A、从表一可以看出，随着温度的升高，K值增大，表明正向是吸热的方向；从表二可以看出，温度越高，平衡常数越小，表明正向是一个放热的方向，故A正确；
B、从表一数据还可以看出，即使是升高到2000℃，氮气与氧气生成一氧化氮的平衡常数也只达到0.1，但是对于人工合成氨来说，就是在25℃，其平衡常数也达到了5×10⁸，表明人类大规模模拟大气固氮是没有意义的，这种说法正确，故B正确；
C、K值只随温度的改变而改变，不随压强的改变而改变，故C错误；
D、工业固氮分离出NH₃时，减小生成物浓度，平衡正向移动，H₂的转化率增大，但是，反应物浓度没有增大，故H₂的反应速率没有增大，故D错误；
故选A、B；
（2）①反应的化学方程式为：N₂+O₂?2NO，其浓度商为：

(3.0×10-3)2

(2.5×10-1)×(4.0×10-2)

=9×10^-7＜K=6.4×10^-3，即化学平衡向正反应方向移动，故答案为：正向进行、Q=

(3.0×10-3)2

(2.5×10-1)×(4.0×10-2)

＜K，故平衡正向进行；
②A、根据表一数据可知，K随温度升高，而增大，故A正确；
B、催化剂只加快反应速率，不影响化学平衡移动，由于图象中，达平衡时，NO浓度不同，即化学平衡发生了移动，与图象不符，故B错误；
C、温度越高，反应速率加快，达平衡所需时间短，即T₁＞T₂，故T₁时先达平衡；又由于正反应吸热，故温度越高，氮气转化率越高，故C正确；
故选：A、C；
③向恒温恒容的密闭容器中充入等物质的量的N₂和O₂，达到平衡状态后再向其中充入一定量NO，由于该反应是反应前后气体体积相等的反应，增大压强，化学平衡不发生移动，即新化学平衡状态与原平衡状态相比，平衡混合气中NO的体积分数不变，
故答案为：不变；
（3）①①由图可知，t₀-t₁阶段H₂浓度变化量为0.6mol/L-0.3mol/L=0.3mol/L，故v（H₂）=

0.3mol/L

15s

=0.02mol/（L?min），
故答案为：0.02mol/（L?min）；
②反应后氢气的浓度增大了0.3mol/L，已知反应方程式为：NH₃?N₂+3H₂，则氮气的浓度增大为0.1mol/L，所以氮气的起始浓度为0.4mol/L-0.1mol/L=0.3mol/L；N₂的起始物质的量为0.3mol/L×4L=1.2mol；
故答案为：1.2mol；
③发生反应为2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H＞0，
A．NH₃的百分含量不再变化，即化学平衡不再发生移动，达到化学平衡状态，故A正确；
B．随反应进行容器内压强增大，容器内压强不再发生变化，说明达到平衡状态，故B正确；
C．容器内混合气体的总质量不变，容器的容积不变，容器内气体密度始终不发生变化，故C错误；
D．三个H-H 键断裂表示逆速率，有六个H-N键断裂表示正速率，而且正逆速率之比为计量数之比，则说明达到平衡状态，故D正确；
故答案为：ABD；
④t₄时刻，正逆反应速率均降低相同程度，即化学平衡不移动；由于该可逆反应反应前后气体体积不变，即压强改变时，化学平衡不移动，可知t₄时刻，改变条件为减小压强；t₅时刻，正逆反应速率均增大，且正反应速率增大程度大，即化学平衡向右移动，由于正反应方向吸热，则可知：t₅时刻，改变条件为升高温度，
故答案为：减小压强；升高温度．

点评：本题考查化学反应速率的计算、化学平衡态的判断、影响化学平衡的因素等知识，题目难度中等，注意掌握化学平衡、化学反应速率的概念及影响因素，明确化学平衡态的判断方法．