Question

15．氨氣是重要化工產(chǎn)品之一．傳統(tǒng)的工業(yè)合成氨技術(shù)的反應(yīng)原理是：N₂（g）+3H₂（g）$?_{高溫、高壓}^{催化劑}$ 2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol．在500℃、20MPa時，將N₂、H₂置于一固定容積的密閉容器中反應(yīng)，反應(yīng)過程中各種物質(zhì)的量變化如圖1所示，回答下列問題：

（1）計(jì)算反應(yīng)在第一次平衡時的平衡常數(shù)K=0.15．（保留二位小數(shù)）
（2）由第一次平衡到第二次平衡，平衡移動的方向是正反應(yīng)方向移動，采取的措施是移走生成物NH₃．
（3）45min時刻改變的條件是降低溫度．
（4）產(chǎn)物NH₃在5～10min、25～30min和45～50min時平均反應(yīng)速率從大到小的排列次序?yàn)関₁＞v₂＞v₃（平均反應(yīng)速率分別以v₁、v₂、v₃表示）．
（5）隨著條件的改變，達(dá)到三次平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率也發(fā)生了變化，如分別以α₁、α₂、α₃表示，其中最小的是α₃．
（6）請?jiān)趫D2中用實(shí)線表示25～45、45～60min 兩階段化學(xué)平衡常數(shù)K的變化圖象．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖示數(shù)據(jù)得出第一次達(dá)到平衡時反應(yīng)物和生成物濃度，再根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式計(jì)算出第一次平衡時平衡常數(shù)K；
（2）25min時氨氣的濃度為0、氫氣和氮?dú)獾臐舛戎饾u減小，據(jù)此進(jìn)行分析改變的條件；
（3）根據(jù)45min時氫氣、氮?dú)鉂舛葴p小、氨氣濃度增加進(jìn)行判斷；
（4）根據(jù)反應(yīng)速率的表達(dá)式：v=$\frac{△c}{△t}$，時間變化都是5min，根據(jù)濃度變化判斷v₁、v₂、v₃；
（5）根據(jù)表中達(dá)到平衡狀態(tài)時氫氣的濃度計(jì)算出氫氣的轉(zhuǎn)化率，然后判斷H₂在三次平衡階段的平衡轉(zhuǎn)化率大小；
（6）平衡常數(shù)和溫度有關(guān)，放熱反應(yīng)，溫度越高，K越小，溫度越低，K越大．

解答 解：（1）第一次達(dá)到平衡常數(shù)時，氨氣的濃度為：2.00mol/L，氫氣濃度為：3.00mol/L，氮?dú)獾臐舛葹?.00mol/L，第一次平衡時平衡常數(shù)K=$\frac{2.0{0}^{2}}{1.00×3.0{0}^{2}}$≈0.15，
故答案為：0.15；
（2）25min時生成物氨氣的物質(zhì)的量濃度為0、氮?dú)夂蜌錃獾臐舛戎饾u減小，說明從反應(yīng)體系中移出產(chǎn)物氨氣，平衡向著正向移動，故答案為：正反應(yīng)方向移動；移走生成物NH₃；
（3）45min時，氨氣的濃度增大，氮?dú)�、氫氣的濃度減小，化學(xué)平衡平衡向著正向移動，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，說明降低了溫度，
故答案為：降低溫度；
（4）由圖可知，5～10min氨氣的濃度變化大于0.5mol/L，25～30min氨氣濃度變化約為0.5mol/L，45～50min氨氣的濃度變化為（1.0-0.76）mol/L=0.24mol/L，時間變化為5min，由v=$\frac{△c}{△t}$可知，反應(yīng)速率關(guān)系為：v₁＞v₂＞v₃，
故答案為：v₁＞v₂＞v₃；
（5）第一次平衡時氫氣的轉(zhuǎn)化率為：$\frac{6.0-3.0}{6.0}$×100%=50%，第二次平衡時氫氣的轉(zhuǎn)化率為：$\frac{3.00-1.86}{1.86}$×100%=38%，第三次達(dá)到平衡時氫氣的轉(zhuǎn)化率為：$\frac{1.86-1.50}{1.86}$×100%≈19.4%，顯然第三次氫氣的轉(zhuǎn)化率最低，即最小的是α₃，
故答案為：α₃；
（6）平衡常數(shù)和溫度有關(guān)，放熱反應(yīng)，溫度越高，K越小，溫度越低，K越大，25～45、45～60min 兩階段化學(xué)平衡常數(shù)K的變化圖象如下：，故答案為：．

點(diǎn)評 本題考查考生對化學(xué)反應(yīng)速率概念，化學(xué)平衡的了解及其影響因素的理解，對化學(xué)平衡常數(shù)簡單計(jì)算的掌握，注重考查學(xué)生知識遷移、讀圖及表達(dá)能力．