Question

18．已知：可逆反应N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0．现有甲、乙两个容积相同且不变的真空密闭容器，向甲容器中加入1mol N₂（g）和3mol H₂（g），在一定条件下发生反应，达到平衡时放出热量为Q₁kJ．在相同条件下，向乙容器中加入2mol NH₃（g）并发生反应，达到平衡时吸收热量为Q₂kJ，若Q₁=3Q₂．下列叙述中正确的是（　　）

• A． Q₁+Q₂=92.4
• B． 达平衡时甲、乙中NH₃的体积分数乙＞甲
• C． 达到平衡后，再向乙中加入0.25mol N₂（g）、0.75mol H₂（g）和1.5mol NH₃（g），平衡向生成N₂的方向移动
• D． 达平衡时甲中N₂的转化率为25%

Answer 1

分析 由于1molN₂和3molH₂完全反应可以生成2molNH₃，所以甲乙两个体系的平衡状态是一样的，即对应气体的浓度完全相同． 对于同一可逆反应，相同条件下，正反应的反应热与逆反应的反应热，数值相等，符号相反，N₂和H₂完全反应时放热Q，则NH₃完全分解时吸热也是Q，
根据三段式利用x表示出平衡时甲容器内反应混合物各组分的物质的量为 N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，放出热量Q₁=xQkJ；
则乙容器反应混合物各组分的物质的量也是为 N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，所以分解的NH₃的物质的量为（2-2x）mol，吸收热量（1-x）QkJ，利用Q1=3Q₂，列放出求出x的值，转化的N₂为x，据此进行解答．

解答 解：由于1molN₂和3molH₂完全反应可以生成2molNH₃，所以甲乙两个体系的平衡状态是一样的，即三种气体的浓度完全相同，对于同一可逆反应，相同条件下，正反应的反应热与逆反应的反应热，数值相等，符号相反．N₂和H₂完全反应时放热Q，则NH₃完全分解时吸热也是Q，
假设甲容器中的参加反应的氮气的物质的量为xmol，所以：
对于甲容器：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-QkJ/mol
起始（mol）：1      3          0
变化（mol）：x     3x         2x
平衡（mol）：1-x   3-3x       2x
所以Q₁=xQkJ，
乙容器反应混合物各组分的物质的量也是为N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，所以分解的NH₃的物质的量为（2-2x）mol，
对于乙容器：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H=+QkJ/mol，故吸收的热量Q₂=$\frac{2-2x}{2}$×QkJ=（1-x）QkJ，
则3（1-x）Q=xQ，解得：x=0.75，
A．该反应为反应方向不同的可逆反应，则Q₁+Q₂=92.4，故A正确；
B．甲乙容器中达到的平衡是相同平衡，所以氨气的体积分数相同，故B错误；
C．依据分析计算得到平衡物质的量N₂为0.25mol，H₂为0.75mol，NH₃为1.5mol，再向乙中加入0.25mol N₂（g）、0.75mol H₂（g）和1.5mol NH₃（g），相当于增大压强，平衡正向进行，故C错误；
D．N₂的转化率为：$\frac{0.75}{1}$×100%=75%，故D错误；
故选A．

点评 本题考查化学平衡的计算，题目难度中等，明确等效平衡的判断、转化率计算方法是解题关键，注意掌握化学平衡羟基影响，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．