Question

13．氨是重要的氮肥，合成原理为：N₂（g）+3H₂（g）高温、高压催化剂
2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．回答下列问题：
在500℃、20MPa时，将N₂、H₂置于一个容积为2L的密闭容器中发生反应，反应过程中各种物质的物质的量随时间的变化如图所示，回答下列问题：
（1）10min内以NH₃表示的平均反应速率为0.005mol/（L．min）
（2）在10～20min内，NH₃浓度变化的原因可能是A
A．使用了催化剂         B．缩小容器体积
C．降低温度             D．增加NH₃物质的量
（3）第1次平衡：平衡常数K₁=$\frac{（\frac{0.3mol}{2L}）^{2}}{（\frac{0.25mol}{2L}）（\frac{0.15mol}{2L}）^{3}}$（带数据的表达式），第2次平衡时NH₃的体积分数45.5%；
（4）在反应进行至25min时，曲线发生变化的原因：分离出0.1molNH₃达第二次平衡时，新平衡的平衡常数K₂等于K₁（填“大于”、“小于”或“等于”）．

Answer 1

分析 （1）根据反应速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$计算；
（2）根据图象知，平衡向正反应方向移动，10min时是连续的，三种气体物质的速率增加倍数相同，说明为使用催化剂；
（3）化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，第2次平衡时NH₃的体积分数等于氨气的含量；
（4）25分钟，NH₃的物质的量突然减少，而H₂、N₂的物质的量不变，说明应是分离出NH₃；由图象可以看出，当反应进行到时35-40min，各物质的量不变．

解答 解：（1）根据反应速率v（NH₃）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{（0.1-0）mol}{2L}}{10min}$=0.005mol/（L．min），故答案为：0.005mol/（L．min）；
（2）由图象可知各组分物质的量变化增加，且10min时变化是连续的，20min达平衡时，△n（N₂）=0.025mol×4=0.1mol，
△n（H₂）=0.025mol×12=0.3mol，△n（NH₃）=0.025mol×8=0.2mol，物质的量变化之比等于化学计量数之比，三种气体物质的速率增加倍数相同，说明10min可能改变的条件是使用催化剂，缩小体积相当于增大压强，应该反应物的速率增加倍数大，降低温度，应该反应速率减小，增加NH₃物质的量，逆反应速率增加的倍数大，故只有使用催化剂符合，
故选A；
（3）化学平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，由图象可知，20min达平衡时，n（N₂）=0.025mol×10=0.25mol，n（H₂）=0.025mol×6=0.15mol，n（NH₃）=0.025mol×12=0.3mol，所以所以其平衡常数K=$\frac{C{\;}^{2}（NH{\;}_{3}）}{C（N{\;}_{2}）C{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{（\frac{0.3mol}{2L}）^{2}}{（\frac{0.25mol}{2L}）（\frac{0.15mol}{2L}）^{3}}$；第2次平衡时NH₃的体积分数=$\frac{2.5mol}{2.5mol+2.25mol+0.75mol}$×100%=45.5%，
故答案为：$\frac{（\frac{0.3mol}{2L}）^{2}}{（\frac{0.25mol}{2L}）（\frac{0.15mol}{2L}）^{3}}$；45.5%；
（4）第25分钟，NH₃的物质的量突然减少，而H₂、N₂的物质的量不变，说明应是分离出NH₃；由图象可以看出，当反应进行到时35-40min，各物质的量不变，说明反应达到第二次平衡状态，平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，所以抽去0.1mol氨，此时平衡常数K将不变；
故答案为：分离出0.1molNH₃；等于．

点评 本题考查化学平衡的计算、平衡移动的影响因素以及平衡状态的判断，注意对图象的分析，题目难度中等．