Question

13．德国人发明了合成氨反应，其原理为：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；已知298K时，△H=-92.4kJ•mol^-1，在500℃，20Mpa时，将氮气和氢气通入到体积为2升的密闭容器中，反应过程中各种物质的量变化如右图所示．
（1）10分钟内用氨气表示该反应的平均速率，V（NH₃）=0.005mol/（Lmin）
（2）在10-20分钟内氨气浓度变化的原因可能是AB（填空题）
A．加了催化剂 B．缩小容器体积
C．降低温度 D．增加NH₃物质的量
（3）N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）；该可逆反应达到平衡的标志C（填字母）
A．3v_正（H₂）=2v_逆（NH₃）
B．混合气体的密度不再随时间变化
C．容器内的压强不再随时间而变化
D N₂、H₂、NH₃的分子数比为1：3：2
E．单位时间生成nmolN₂，同时生成3nmolH₂
F amol 氮氮三键断裂的同时，有6amol氮氢键合成．

Answer 1

分析 （1）图中分析可知10min内氨气物质的量增加0.1mol，反应速率v=$\frac{△c}{△t}$；
（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，说明为使用催化剂或增大压强；
（3）根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态．

解答 解：（1）图中分析可知10min内氨气物质的量增加0.1mol，10分钟内用氨气表示该反应的平均速率，V（NH₃）=$\frac{\frac{0.1mol}{2L}}{10min}$=0.005mol/（Lmin），
故答案为：0.005mol/（Lmin）；
（2）由图可知，0-10分钟内△n（N₂）=0.025mol×2=0.05mol；10-20分钟内△n′（N₂）=0.025mol×4=0.1mol，速率之比等于物质的量之比，所以，0-10分钟与10到20分钟两个时间段中，N₂的反应速率之比为0.05mol：0.1mol=1：2；由图象可知各组分物质的量变化增快，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，缩小容器体积压强增大，反应速率增大，降低温度反应速率减小，增加NH₃物质的量氨气物质的量应增大不连续，故选AB，
故答案为：AB；
（2）反应N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃
A．速率之比等于化学方程式计量数之比为正反应速率之比，2v_正（H₂）=3v_逆（NH₃）说明氨气正逆反应速率相同，但3v_正（H₂）=2v_逆（NH₃）不能说明反应达到平衡状态，故A错误；
B．混合气体的质量不变，体积不变，密度始终不变，若密度不再随时间变化，不能说明平衡，故B错误；
C．容器内前后气体的物质的量有变化，说明压强时变量，总压强不再随时间而变化，说明平衡，故C正确；
D．N₂、H₂、NH₃的分子数之比为1：3：2任何时刻都成立，故D错误；
E．单位时间生成m mol N₂的同时生成3m mol H₂，方向逆向进行，故E错误；
F．a mol N≡N键断裂的同时，有6a mol N-H键形成，方向相同，不能作为平衡的判断，故F错误；
故答案为：C．

点评 本题考查化学反应速率、化学平衡的计算、平衡移动以及平衡状态的判断，题目难度中等，注意对图象的分析．