Question

9．氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用，合成氨工業(yè)
在國民生產(chǎn)中有重要意義．以下是關(guān)于合成氨的有關(guān)問題，請回答：
（1）若在一容積為2L的密閉容器中加入0.2molN₂和0.6molH₂，在一定條件下發(fā)生反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，若在5分鐘時反應達到平衡，此時測得NH₃ 的物質(zhì)的量為0.2mol．則前5分鐘的平均反應速率v（ N₂）=0.01mol•L^-1•min^-1．
（2）平衡后，若要提高H₂的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施有CD．
A．加了催化劑                     B．增大容器體積
C．降低反應體系的溫度              D．加入一定量氮氣
（3）若在0.5L的密閉容器中，一定量的氮氣和氫氣進行如下反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，其化學平衡常數(shù)K與溫度T的關(guān)系如表所示：

T/℃	200	300	400
K	K1	K2	0.5

請完成下列問題：
①試比較K₁、K₂的大小，K₁＞K₂（填“＜”、“＞”或“=”）：
②下列各項能作為判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是BC（填序號字母）
A．容器內(nèi) N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量濃度之比為1：3：2B．v_正（H₂）=3v_正（N₂ ）
C．容器內(nèi)壓強保持不變D．混合氣體的密度保持不變
③400℃時，反應2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g） 的化學平衡常數(shù)為2．當測得NH₃、N₂和H₂ 物質(zhì)的量分別為3mol、2mol和1mol時，則該反應的v_正＞v_逆（填“＜”、“＞”或“=”）．
（4）根據(jù)化學反應速率和化學平衡理論，聯(lián)系合成氨的生產(chǎn)實際，你認為下列說法不正確的是C．
A．化學反應速率理論可指導怎樣在一定時間內(nèi)快出產(chǎn)品
B．勒夏特列原理可指導怎樣使用有限原料多出產(chǎn)品
C．催化劑的使用是提高產(chǎn)品產(chǎn)率的有效方法
D．正確利用化學反應速率和化學反應限度理論都可以提高化工生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟效益．

Answer 1

分析 （1）5min達平衡，△c（NH₃）=0.1mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（NH₃），再根據(jù)反應速率之比等于系數(shù)之比計算v（N₂）；利用濃度變化量之比等于化學計量數(shù)之比，根據(jù)△c（NH₃）計算△c（H₂），再根據(jù)n=cV計算參加反應的氫氣的物質(zhì)的量，據(jù)此計算轉(zhuǎn)化率；
（2）反應是氣體體積減小的放熱反應，平衡后，若要提高H₂的轉(zhuǎn)化率，改變條件需要平衡正向進行，但不能增大氫氣的量；
（3）①對于放熱反應，溫度越高，平衡逆向移動，反應平衡常數(shù)越�。�
②根據(jù)平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)判斷，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，反應是氣體體積減小的放熱反應，則
A、反應過程中容器內(nèi)各物質(zhì)變化的濃度之比始終等于計量數(shù)之比，和起始量變化量有關(guān)；
B、不同物質(zhì)的正逆反應速率之比等于其計量數(shù)之比是平衡狀態(tài)；
C、反應前后氣體物質(zhì)的量變化，當容器內(nèi)壓強不變，氣體的物質(zhì)的量不變；
D、如果是在密閉容器中反應，質(zhì)量不變，體積不變，密度始終不變；
③化學平衡常數(shù)，正反應平衡常數(shù)和你反應的平衡常數(shù)互為倒數(shù)，根據(jù)濃度熵和平衡常數(shù)的關(guān)系來確定平衡的移動方向；
（4）化學反應速率是表示物質(zhì)反應快慢的物理量，在一定條件下反應達到化學平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，化學平衡為動態(tài)平衡，當外界條件發(fā)生改變時，平衡發(fā)生移動，可通過改變外界條件是平衡發(fā)生移動，提高化工生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟效益．

解答 解：（1）5min達平衡，△c（NH₃）=0.1mol/L，所以v（NH₃）=$\frac{0.1mol/L}{5min}$=0.02mol/（L•min），根據(jù)反應速率之比等于系數(shù)之比，則前5分鐘的平均反應速率v（N₂）=$\frac{1}{2}$×0.02mol/（L•min）=0.01mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.01mol•L^-1•min^-1；
（2）A．催化劑不改變平衡移動，無法提高H₂的轉(zhuǎn)化率，故A錯誤；
B．增大容器體積，相當于減小壓強，平衡逆反應方向移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率減小，故B錯誤；
C．反應為放熱反應，降低溫度，平衡向正反應移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率提高，故C正確；
D．加入一定量N₂，平衡向正反應方向移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率提高，故D正確；
故答案為：CD；
（3）①該反應正反應是放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，生成物濃度減小，反應物濃度增大，則K₁＞K₂，
故答案為：＞；
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，反應是氣體體積減小的放熱反應，則
A．平衡濃度之比和起始量和變化量有關(guān)，容器內(nèi)各物質(zhì)的濃度之比等于計量數(shù)之比，不能證明正逆反應速率相等，故A錯誤；
B．不同物質(zhì)的正逆反應速率之比等于其計量數(shù)之比是平衡狀態(tài)，3υ（N₂）（正）=υ（H₂）（逆），說明氫氣的正逆反應速率相同是平衡狀態(tài)，故B正確；
C．反應前后氣體物質(zhì)的量變化，當容器內(nèi)壓強不變，氣體的物質(zhì)的量不變，該反應達平衡狀態(tài)，故C正確；
D．如果是在密閉容器中反應，質(zhì)量不變，體積不變，密度始終不變，故D錯誤；
故答案為：BC；          
③400℃時，反應2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的化學平衡常數(shù)K的值和反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常數(shù)呈倒數(shù)，所以K=$\frac{1}{0.5}$=2；
當測得NH₃、N₂和H₂ 物質(zhì)的量分別為3mol、2mol和1mol時，此時的濃度商Q_c=$\frac{2×{1}^{3}}{{3}^{2}}$=$\frac{2}{9}$＜K=2，說明反應正向進行，則v_正＞v_逆，
故答案為：2；＞；
（4）A．根據(jù)影響化學反應速率的因素，可指導怎樣在一定時間內(nèi)快出產(chǎn)品，故A正確；
B．結(jié)合影響化學平衡的因素，采用合適的外界條件，是平衡向正反應方向移動，可提高產(chǎn)率，故B正確；
C．催化劑影響反應速率，但不影響化學平衡，則無法提高產(chǎn)品產(chǎn)率，故C錯誤；
D．在一定的反應速率的前提下，盡可能使平衡向正反應方向移動，可提高化工生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟效益，故D正確；
故答案為：C．

點評 本題考查了化學平衡的計算，題目難度中等，涉及化學平衡常數(shù)、化學反應速率、轉(zhuǎn)化率的計算、化學平衡狀態(tài)的判斷等知識，明確化學平衡及其影響為解答關(guān)鍵，試題有利于提高學生的分析、理解能力及化學計算能力．