Question

對工業(yè)合成氨條件的探索一直是化學(xué)工業(yè)的重要課題，在恒溫恒容的甲容器、恒溫恒壓的乙容器中分別進行合成氨反應(yīng)，如圖1（圖中所示數(shù)據(jù)均為初始物理量）．t分鐘后反應(yīng)均達到平衡，生成NH₃均為0.4mol（忽略水對壓強的影響及氨氣的溶解）．
①判斷甲容器中的反應(yīng)達平衡的依據(jù)是

 

．（填寫相應(yīng)編號）

A．壓強不隨時間改變
B．氣體的密度不隨時間改變
C．c（N₂）不隨時間改變
D．單位時間內(nèi)生成2molNH₃的同時消耗1molN₂
E．單位時間內(nèi)斷裂3mol H-H鍵，同時斷裂6mol N-H鍵
②該條件下甲容器中反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

；平衡時，甲的壓強P_平=

 

（初始壓強用P₀表示）．
③該條件下，若向乙中繼續(xù)加入0.2mol N₂，達到平衡時N₂轉(zhuǎn)化率=

 

．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的計算

專題：化學(xué)平衡專題

分析：①根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征來確定化學(xué)平衡狀態(tài)；
②平衡常數(shù)指各生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)；根據(jù)“三段式”來進行計算得出結(jié)論；在恒溫恒容的容器中壓強之比等于氣體的物質(zhì)的量比；
③根據(jù)溫度不變化學(xué)平衡常數(shù)不變結(jié)合“三段式”計算得出達到平衡時N₂轉(zhuǎn)換率．

解答： 解：①A．反應(yīng)前后氣體的系數(shù)和不相等，當壓強不隨時間改變的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，故A正確；
B．氣體的密度等于混合氣體質(zhì)量和體系體積的比值，體系質(zhì)量和體積均不變，所以密度不變的狀態(tài)不一定是平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．c（N₂）不隨時間改變，是化學(xué)平衡狀態(tài)的特征，故C正確；
D．單位時間內(nèi)生成2molNH₃的同時消耗1molN₂，不能證明正逆反應(yīng)速率是相等的，故D錯誤；
E．單位時間內(nèi)斷裂3molH-H鍵，同時斷裂6molN-H鍵，能證明正逆反應(yīng)速率是相等的，故E正確；
故選ACE；
②根據(jù)題意：甲容器N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g），
初始物質(zhì)的量：0.4mol   1.2mol      0
變化物質(zhì)的量：0.2mol    0.6mol      0.4mol
平衡物質(zhì)的量：0.2mol    0.6mol     0.4mol
體積為2L，則C（N₂）=0.1mol/L，C（H₂）=0.3mol/L，C（NH₃）=0.2mol/L，平衡常數(shù)為K=

c2(NH3)

c(N2)?c3(H2)

=

0．22

0.1×0．33

=

400

27

，初始氣體總物質(zhì)的量=0.4mol+1.2mol=1.6mol，平衡時氣體總物質(zhì)的量：0.2mol+0.6mol+0.4mol=1.2mol，在恒溫恒容的容器中壓強之比等于氣體的物質(zhì)的量比；甲的壓強P_平=

1.2

1.6

P₀=

3

4

P₀，
故答案為：

400

27

；

3

4

P₀；
③化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，乙為恒溫恒壓，根據(jù)題意：乙容器2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g），
                                           初始物質(zhì)的量：1.6mol 6mol       0       0
                                           變化物質(zhì)的量：0.2mol 0.6mol    0.4mol   0.3mol   
                                           平衡物質(zhì)的量：1.4mol 5.4mol   0.4mol    0.3mol
體積為2L，則C（N₂）=0.7mol/L，C（H₂O）=2.7mol/L，C（NH₃）=0.2mol/L，C（O₂）=0.15mol/L，平衡常數(shù)為K=

c3(O2)×c4(NH3)

c2(N2)×c6(H2O)

=

0．33×0．44

1．42×5．46

，若向乙中繼續(xù)加入0.2mol N₂，再充入氮氣是等容等效過程，轉(zhuǎn)化率就是原來的轉(zhuǎn)化率則X=

0.2

1.6

×100%=12.5%，
故答案為：12.5%．

點評：本題考查較綜合，涉及化學(xué)平衡及化學(xué)平衡的計算等，掌握平衡常數(shù)的應(yīng)用是解答該題的關(guān)鍵，題目難度中等．