Question

5．在0.5L的密閉容器中，一定量的氮氣與氫氣進行如下反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=a kJ•mol^-1，其化學平衡常數(shù)K與溫度的關系如下．

溫度/℃	200	300	400
K	1.0	0.86	0.5

請回答下列問題．
（1）寫出該反應的化學平衡常數(shù)表達式：K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$，a小于（填“大于”、“小于”或“等于”）0．
（2）200℃時，向此密閉容器中充入0.20mol的N₂和0.80mol的H₂，反應初始6s內達到了平衡狀態(tài)，N₂的平均反應速率v（N₂）=0.03mol•L^-1•s^-1．則6s時NH₃的物質的量為0.18mol，c（N₂）=0.22mol•L^-1；此時N₂的轉化率為45%，如果這時向該密閉容器中再充入1mol氬氣，N₂的轉化率不變（填“增大”“不變”“減小”）．
（3）400℃時，2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的化學平衡常數(shù)為2，測得氨氣、氮氣、氫氣的物質的量分別為3mol、2mol、1mol時，該反應的v_正（N₂）大于（填“大于”、“小于”或“等于”）v_逆（N₂）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)化學平衡常數(shù)概念寫；由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說明升高溫度N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）平衡逆向移動，則正反應為放熱反應；
（2）根據(jù)氮氣的反應速率計算6s內氮氣的物質的量的變化，可得6s末氨氣的物質的量，再根據(jù)轉化率=$\frac{物質的轉化量}{物質的起始量}$×100%計算；向該密閉容器中再充入1mol氬氣，化學平衡不移動，轉化率不變；
（3）400℃時，2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）與N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常數(shù)互為倒數(shù)關系；計算此時濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應向正反應進行，若Qc＞K，反應向逆反應進行．

解答 解：（1）反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說明升高溫度N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g平衡逆向移動，則正反應為放熱反應，故a＜0；
故答案為：K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；小于；
（2）在0.5L的密閉容器中，向此密閉容器中充入0.20mol的N₂和0.80mol的H₂，初始6s內達到了平衡狀態(tài)，N₂的平均反應速率v（N₂）=0.03mol•L^-1•s^-1，則△c（N₂）=0.03mol•L^-1•s^-1×6s=0.18mol•L^-1，則6s時c（N₂）=0.20mol÷0.5L-0.18mol•L^-1=0.22mol•L^-1；根據(jù)反應6s時NH₃的物質的量為0.18mol•L^-1×0.5L×
2=0.18mol；此時N₂的轉化率為$\frac{0.18mol•{L}^{-1}×0.5L}{0.2mol}$×100%=45%；該密閉容器中再充入1mol氬氣，化學平衡不移動，則氮氣的轉化率不變；
故答案為：0.18；0.22；45%；不變；
（3）400℃時，2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）與N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的平衡常數(shù)互為倒數(shù)關系，故400℃時，2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的平衡常數(shù)為：$\frac{1}{0.5}$=2，氨氣、氮氣、氫氣的物質的量分別為3mol、2mol、1mol時，此時濃度商Qc=$\frac{（2÷0.5）×（1÷0.5）^{2}}{（3÷0.5）^{3}}$=0.89＜K=2，反應向正反應進行，v_正（N₂）＞v_逆（N₂）；
故答案為：2；大于．

點評 本題考查化學平衡計算，涉及平衡常數(shù)及其應用，注意平衡常數(shù)只受溫度影響，平衡常數(shù)及其單位與化學計量數(shù)有關，題目難度中等．