Question

11．（1）可逆反應N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）是一個放熱反應，有甲乙兩個完全相同的容器，向甲容器中加入1molN₂和3molH₂在一定條件下，達到平衡時放出的熱量為Q₁，相同條件下，向乙容器中加入2molNH₃，達到平衡時，吸收的熱量為Q₂，已知Q₂=4Q₁，則甲容器中H₂的轉化率為20%．
（2）除電解法，工業(yè)煉鎂還可采用硅熱法（Pidgeon法）．即以煅白（CaO•MgO）為原料與硅鐵（含硅75%的硅鐵合金）混合置于密閉還原爐，1200℃下發(fā)生反應：2（CaO•MgO）（s）+Si（s）?Ca₂SiO₄（l）+2Mg（g）
①已知還原性：Mg＞Si，上述反應仍能發(fā)生的原因是1200℃時反應生成的鎂以蒸氣的形式逸出，使平衡向正反應方向移動
②由圖，推測上述反應正向為吸熱（填“吸熱”或“放熱”）反應；平衡后若其他條件不變，將還原爐體積縮小一半，則達到新平衡時Mg（g）的濃度將不變_（填“升高”、“降低”或“不變”）．
③若還原爐容積為400m³，原料中煅白質量為9.6t，5小時后，測得煅白的轉化率為50%，計算這段時間內Mg的生成速率0.025 mol/（L•h）．

Answer 1

分析 （1）由于1molN₂和3molH₂完全反應可以生成2molNH₃，所以甲乙兩個體系的平衡狀態(tài)是一樣的，即對應氣體的濃度完全相同． 對于同一可逆反應，相同條件下，正反應的反應熱與逆反應的反應熱，數(shù)值相等，符號相反，N₂和H₂完全反應時放熱Q，則NH₃完全分解時吸熱也是Q，根據三段式利用x表示出平衡時甲容器內反應混合物各組分的物質的量為 N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，放出熱量Q₁=xQkJ；則乙容器反應混合物各組分的物質的量也是為 N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，所以分解的NH₃的物質的量為（2-2x）mol，吸收熱量（1-x）QkJ，利用Q₂=4Q₁，列放出求出x的值，轉化的H₂為3x，利用轉化率定義計算；
（2）①根據化學平衡移動原理來回答；
②根據圖象中Mg的產率隨溫度的變化考慮，根據平衡常數(shù)來判斷Mg（g）的濃度；
③根據v=$\frac{△c}{△t}$來計算化學反應速率．

解答 解：（1）由于1molN₂和3molH₂完全反應可以生成2molNH₃，所以甲乙兩個體系的平衡狀態(tài)是一樣的，即三種氣體的濃度完全相同，對于同一可逆反應，相同條件下，正反應的反應熱與逆反應的反應熱，數(shù)值相等，符號相反．N₂和H₂完全反應時放熱Q，則NH₃完全分解時吸熱也是Q，
假設甲容器中的參加反應的氮氣的物質的量為xmol，所以：
對于甲容器：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-QkJ/mol
起始（mol）：1      3        0
變化（mol）：x      3x       2x
平衡（mol）：1-x    3-3x     2x
所以Q₁=xQkJ，
乙容器反應混合物各組分的物質的量也是為N₂（1-x ）mol、H₂（3-3x ）mol、NH₃2xmol，所以分解的NH₃的物質的量為（2-2x）mol，
對于乙容器：2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）△H=+QkJ/mol，故吸收的熱量Q₂=$\frac{2-2x}{2}$QkJ=（1-x）QkJ，所以（1-x）Q=4xQ，解得x=0.2，所以H₂的轉化率為$\frac{0.2mol×3}{3mol}$=20%，
故答案為：20%；
（2）①1200℃時發(fā)生反應為2（CaO•MgO）（s）+Si（s）?Ca₂SiO₄ （l）+2Mg（g），此時鎂以蒸氣的形式逸出，使平衡向正反應方向移動，使得化學反應能發(fā)生，
故答案為：1200℃時反應生成的鎂以蒸氣的形式逸出，使平衡向正反應方向移動；
②由圖象可知，溫度越高，Mg的產率增大，說明升高溫度平衡正移，所以正方向為吸熱方向；因為該反應的K=C²（Mg），平衡后若其他條件不變，將還原爐體積縮小一半，則溫度沒變所以K不變，所以新平衡時Mg（g）的濃度不變；
故答案為：吸熱；不變；
③2（CaO•MgO）（s）+Si（s）?Ca₂SiO₄ （l）+2Mg（g）
192                                    48
9.6t×50%                               m
m=1.2t，n=（1.2×10⁶g）/24g/mol=50000mol
這段時間Mg的生成速率v=50000mol÷（400×10³）L÷5h=0.025 mol/（L•h）
故答案：0.025 mol/（L•h）．

點評 本題綜合考查學生對可逆反應的化學平衡的掌握，涉及化學方程式的計算，計算較為簡單，總體難度不大，做題時注意等效平衡的理解和運用．