Question

图中，P为可自由滑动的活塞，关闭K，V（A）=aL，V（B）=0.8aL（连通管的体积忽略不计）．在相同温度和有催化剂存在的条件下，分别向容器A、B中各充入1molN₂和3molH₂，发生反应N₂（g）+3H₂（g）  2NH₃（g）；△H=-92.4kJ/mol．达到平衡后，V（B）=0.6aL．
（1）B中N₂的转化率是    ．A中N2的转化率    （填“大于”、“等于”或“小于”）B中N₂的转化率．理由是    ．
（2）打开K，一段时间后反应再次达到平衡，则B的体积为    ．请说明理由？
（3）A反应达到平衡时，放出akJ的热量，若向A中充入2molNH₃，在相同条件下达到平衡时吸收热量为bkJ，则a和b的关系是    ．
（4）B中反应达到平衡后，只改变下列条件，c（NH₃）不改变的是    （填序号）．
A．升高温度                     
B．向容器充入1molAr（g）
C．向容器中充入2molNH₃    
D．选用效果更好的催化剂．

Answer 1

【答案】分析：（1）B为恒温恒压，利用体积之比等于物质的量之比，求出平衡时B中混合气体的物质的量，令转化的氮气的物质的量为xmol，利用三段式列方程求出，再利用转化率的定义计算氮气的转化率；A容积不变，而B容积缩小，A中容器压强小于B中压强，平衡向逆反应方向移动；
（2）打开K达到平衡时，平衡体系的组成与原B容器中相同，物质的转化率相同，平衡时各组分的含量相同；
（3）向A中充入2molNH₃与向容器A中充入1molN₂和3molH₂为等效平衡，到达平衡时各组分的量对应相等，令平衡时氮气的物质的量为ymol，根据热化学方程式求出a、b，据此解答；
（4）A．升高温度，平衡向吸热方向移动，即向逆反应，平衡常数减小；                    
B．向容器充入1molAr（g），体积增大；
C．向容器中充入2molNH₃，与原平衡等效；
D．选用效果更好的催化剂，平衡状态不移动．
解答：解：（1）B为恒温恒压，反应前后体积之比等于物质的量之比，令平衡后B中混合气体的物质的量为n，则：
0.8aL：0.6aL=4mol：n，解答n=3mol，
       N₂（g）+3H₂（g）  2NH₃（g）；
开始：1mol       3mol                0mol
转化：xmol       3xmol               2xmol
平衡：（1-x）mol   （3-3x）mol         2xmol
所以：（1-x）mol+（3-3x）mol+2xmol=3mol，
解得x=0.5，
N₂的转化率为×100%=50%；
A容积不变，而B容积缩小，所以A中容器压强小于B中压强，平衡向逆反应方向移动，N₂的转化率小于B中N₂的转化率．
故答案为：50%；小于；A容积不变，而B容积缩小，所以A中容器压强小于B中压强，平衡向逆反应方向移动；
（2）打开K达到的平衡，可等效为开始打开K达到的平衡，与原B中平衡等效，氮气的转化率相同，氮气物质的量变为2mol，NH₃的物质的量为原B中2倍，平衡体系的组成与原B容器中相同，平衡时各组分的含量不变，此时容器内混合气体的物质的量为原B中2倍，体积之比等于物质的量之比，容器的总体积为原B平衡时体积的2倍，即1.2aL，故此时B的体积1.2aL-aL=0.2aL，故答案为：0.2aL   打开K达到平衡时，平衡体系的组成与原B容器中相同，此时容器的总体积为原B平衡时体积的2倍，即1.2aL，故B的体积0.2aL；   
（3）向A中充入2molNH₃与向容器A中充入1molN₂和3molH₂为等效平衡，到达平衡时各组分的量对应相等，令平衡时氮气的物质的量为ymol，
向容器A中充入1molN₂和3molH₂，平衡时参加反应的氮气为（1-y）mol，根据N₂（g）+3H₂（g）  2NH₃（g）；△H=-92.4kJ/mol，可知放出的热量为（1-y）mol×92.4kJ/mol=92.4（1-y）kJ，即a=92.4（1-y），
向A中充入2molNH₃，到达平衡时，生成氮气ymol，根据N₂（g）+3H₂（g）  2NH₃（g）；△H=-92.4kJ/mol，可知吸收的热量为ymol×92.4kJ/mol=92.4ykJ，即b=92.4y．所以a+b=92.4（1-y）+92.4y=92.4，故答案为：a+b=92.4；  
（4）A．升高温度，平衡向吸热方向移动，即向逆反应，c（NH₃）减小，故A错误；            
B．向容器充入1molAr（g），体积增大，等效为减小压强，平衡向逆反应移动，c（NH₃）减小，故B错误；
C．向容器中充入2molNH₃，与原平衡等效，c（NH₃）不变，故C正确；
D．选用效果更好的催化剂，平衡状态不移动，c（NH₃）不变，故D正确．
故选：CD．
点评：本题主要考查化学平衡计算，难度较大，注意等效平衡的利用是解题的关键．