Question

3．在3個2L的密閉容器中，在相同的溫度下、使用相同的催化劑分別進行反應(yīng)：3H₂（g）+N₂（g）$?_{催化劑}^{高溫、高壓}$2NH₃（g）．按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測得反應(yīng)達到平衡時有關(guān)數(shù)據(jù)如下：下列說法不正確的是（　�。�

容器	甲	乙	丙
反應(yīng)物的投入量	3molH2、2molN2	6molH2、4molN2	2molNH3
達到平衡的時間/min		5	8
平衡時N2的濃度/mol•L-1	c1	1.5
NH3的體積分?jǐn)?shù)	φ1		φ2
混合氣體的密度/g•L-1	ρ1	ρ2

• A． 容器乙中反應(yīng)從開始到達平衡的反應(yīng)速率為v（H₂）=0.3mol•L^-1•min^-1
• B． 在該溫度下甲容器中反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{（2-2{c}_{1}）^{2}}{{c}_{1}•（3{c}_{1}-1.5）}$
• C． 2c₁＜1.5
• D． 2ρ₁=ρ₂

Answer 1

分析 A、先計算氮氣的反應(yīng)速率，再根據(jù)同一可逆反應(yīng)同一時間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比計算氫氣反應(yīng)速率；
B、甲容器中，反應(yīng)前氫氣濃度為c（H₂）=$\frac{3}{2}$mol/L=1.5mol/L，氮氣的濃度為$\frac{2}{2}$mol/L=1mol/L，達到平衡時氮氣的濃度變化為（1-c₁）mol/L，
由化學(xué)平衡的三段式可得：
                        3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）
反應(yīng)前（mol/L）：1.5        1             0
濃度變化：（mol/L）：3（1-c₁）  （1-c₁）    2（1-c₁）
反應(yīng)后：（mol/L）：1.5-3（1-c₁） 1-（1-c₁） 2（1-c₁）
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
C、先將丙中的數(shù)據(jù)按照化學(xué)計量數(shù)轉(zhuǎn)化成反應(yīng)物氮氣、氫氣的物質(zhì)的量，然后利用等效平衡知識進行分析；
D、反應(yīng)前后都是氣體，容器的容積都是2L，乙中混合氣體的質(zhì)量為甲的2倍，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$分析．

解答 解：A、氮氣的反應(yīng)速率=$\frac{\frac{4mol}{2L}-1.5mol/L}{5min}$=0.1mol/（L．min），同一可逆反應(yīng)同一時間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計量數(shù)之比，所以氫氣反應(yīng)速率=0.3mol/（L．min），故A正確；
B、甲容器中，反應(yīng)前氫氣濃度為c（H₂）=$\frac{3}{2}$mol/L=1.5mol/L，氮氣的濃度為$\frac{2}{2}$mol/L=1mol/L，達到平衡時氮氣的濃度變化為（1-c₁）mol/L，
由化學(xué)平衡的三段式可得：
                       3H₂（g）+N₂（g）?2NH₃（g）
反應(yīng)前（mol/L）：1.5        1             0
濃度變化：（mol/L）：3（1-c₁）   （1-c₁）    2（1-c₁）
反應(yīng)后：（mol/L）：1.5-3（1-c₁）   c₁       2（1-c₁）
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{[2（1-{c}_{1}）]^{2}}{{c}_{1}×[1.5-3（1-{c}_{1}）]^{3}}$=$\frac{（2-2{c}_{1}）^{2}}{{c}_{1}×（3{c}_{1}-1.5）^{3}}$，故B錯誤；
C、恒溫、恒容條件下，假設(shè)乙容器的容積為4L，則達到平衡時甲乙為等效平衡，各組分的含量、濃度相等，此時氮氣的濃度為c₁，然后將容器的容積縮小到2L，若平衡不移動，2c₁=1.5mol/L，由于壓強增大，平衡向著正向移動，氨氣的濃度增大，所以2c₁＞1.5mol/L，故C錯誤；
D．反應(yīng)前后都是氣體，容器的容積都是2L，乙中混合氣體的質(zhì)量為甲的2倍，根據(jù)ρ=$\frac{m}{V}$可知：2ρ₁=ρ₂，故D正確；
故選BC．

點評 本題以化學(xué)平衡移動原理為載體考查平衡狀態(tài)判斷、等效平衡、化學(xué)平衡計算等知識點，側(cè)重考查基本理論，難點構(gòu)建等效平衡，然后利用外界條件對平衡的影響分析解答，題目難度中等．