Question

（2011?江西二模）已知：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol，這是目前普遍使用的人工固氮的方法．請回答下列問題：
（1）450℃時，往一個2L的密閉容器中充入2.6mol H₂和1mol N₂，反應過程中對NH₃的濃度進行檢測，得到的數據如下表所示：

時間/min	5	10	15	20	25	30
c（NH3）/mol?L-1	0.08	0.14	0.18	0.20	0.20	0.20

①5min內，消耗N₂的平均反應速率為

0.008mol．L^-1

，此條件下該反應的化學平衡常數K=

0.1（L/mol）²

；反應達到平衡后，若往平衡體系中加入H₂、N₂和NH₃各2mol，此時該反應的v（N₂）_正

＜

v（N₂）_逆（填寫“＞”、“=”或“＜”=）．
②下列各項能作為判斷該反應達到化學平衡狀態的依據是

CE

（填序號字母）
A．容器內N₂、H₂、NH₃的濃度之比為1：3：2
B．v（N₂）_正=3v（H₂）_逆         C．容器內壓強保持不變
D．混合氣體的密度保持不變      E．容器內混合氣體的平均分子量不變
③若改變某一條件，達新平衡時n（H₂）=1.60mol，下列說法正確的是

BD

．
A．平衡一定正向移動            B．可能是向容器中加入了一定量的H₂氣體
C．可能是降低了容器的溫度      D．可能是縮小了容器的體積
（2）450℃時，在另一密閉容器中進行上述合成氨的反應，各物質的起始濃度和平衡濃度如下表所示：

	N2	H2	NH3
起始濃度（mol/L）	0.2	0.3	0.2
平衡濃度（mol/L）	a	b	c

請回答：
①各物質的平衡濃度可能是

B

．
A．c=0.5mol/L   B．b=0.5mol/L     C．c=0.4mol/L   D．a=0.3mol/L
②a的取值范圍是：

0.1＜a＜0.3

．
③請用數學表達式表示下列量之間的關系：
（I）a與b的關系：

3a=b+0.3

．
（Ⅱ）a、b、c的關系：

c²/（a×b³）=0.1

．
（3）根據最新“人工固氮”的研究報道，在常溫、常壓、光照條件下，N₂在催化劑（摻有少量Fe₂O₃的TiO₂）表面與水可發生下列反應：2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g），此反應的△S

＞

0（填“＞”、“＜”或“=”），△H=

+1530kJ/mol

．（已知：H₂的燃燒熱為285.8kJ/mol）

Answer 1

分析：（1）①根據化學平衡三段式計算，確定反應達到平衡各物質的變化量和反應達到化學平衡時各物質的濃度；進而計算速率和平衡常數；
②根據平衡狀態的判斷依據判斷；只要滿足正反應速率等于逆反應速率，即可判斷；
③依據氫氣增大的因素和平衡移動進行分析判斷；
（2）依據極值轉化，找到各物質的濃度范圍進行分析判斷；利用平衡常數計算分析abc的關系；
（3）依據熵變的含義結合反應中氣體體積變化分析判斷；依據蓋斯定律進行分析計算，通過合并熱化學方程式得到焓變；

解答：解：（1）①根據題意列式計算，從表中分析可知，20min時反應已達平衡，C（NH₃）=0.20mol/L
根據反應            N₂ +3H₂

催化劑 .

△

2NH₃
初始濃度（mol/L）：0.5  1.3        0
變化濃度（mol/L）：0.1  0.3       0.2
平衡濃度（mol/L）：0.4  1.0       0.2
5min內，氨氣生成濃度為0.08mol/L，則氮氣的消耗濃度為0.04mol/L；消耗N₂的平均反應速率=

0.04mol/L

5min

=0.008mol/L?min
K=

[NH3]2

[N2]?[H2]3

=

0．22

0.4×1．03

=0.1（L/mol）²
反應達到平衡后，若往平衡體系中加入H₂、N₂和NH₃各2mol，此時氮氣、氫氣、氨氣的濃度分別為：
0.4+1=1.4mol/L、1.0+1=2mol/L、0.2+1=1.2mol/L；計算濃度商
Q=

C2(NH3)

C(N2)×C3(H2)

=

1．22

1.4×23

=0.13（L/mol）²
Q＞K，平衡向逆向進行，v（N₂）_正＜v（N₂）_逆
故答案為：0.008mol．L^-1．min^-1；  0.1；＜
 ②A、是速率之比，反應過程中按照比例進行反應，故A不能判斷該反應達到化學平衡狀態；
B、按照速率之比等于系數之比，表述的是正反應速率，當某種物質的正反應速率和逆反應速率相等是表明反應達到平衡，所以當3v（N₂）_正=v（H₂）_逆  時反應達到平衡，故B不能判斷該反應達到化學平衡狀態；
C、反應是體積變化的反應，當容器內壓強保持不變，說明反應達到平衡，故C能判斷該反應達到化學平衡狀態；
D、反應體系內質量守恒，體積一定，故混合氣體的密度不變，所以混合氣體的密度保持不變，不能說明反應達到平衡，故D不能判斷該反應達到化學平衡狀態；
E、此反應是反應前后氣體體積改變的反應，容器內氣體質量不變，氣體總物質的量不變，容器內混合氣體的平均分子量不變，能說明反應達到平衡，故E能判斷該反應達到化學平衡狀態；
故答案為：CE；
③若改變某一條件，達新平衡時n（H₂）=1.60mol，說明氫氣增大，可能是改變條件平衡逆向進行，增加氫氣的量；
A、平衡不一定正向進行，增大氫氣的量可以符合，故A錯誤；
B、可能是向容器中加入了一定量的H₂氣體，使氫氣量增大，故B正確；
C、該反應是放熱反應，降低了容器的溫度，平衡向正反應方向進行，氫氣的量減少，故C錯誤；
D、縮小容器的體積，相當于增大壓強，平衡向氣體體積減小的方向進行，該反應正向是氣體體積減少的反應，所以縮小體積，平衡正向進行，氫氣的量減少，但體積減小帶來的濃度增大比平衡移動帶來氫氣的減少程度大，最終可以是氫氣量增大，故D正確；
故答案為：CE；BD；
（2）依據平衡計算的方法列式討論
                   N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol/L）   0.2       0.3       0.2 
變化量（mol/L）
平衡量（mol/L）     a       b         c
反應正向進行則     0.1      0         0.4
反應逆向進行則     0.3      0.6       0
所以平衡時濃度的取值范圍：0.1＜a＜0.3    0＜b＜0.6    0＜c＜0.4
①只有B符合；
②a的取值范圍是0.1＜a＜0.3；
③利用極值轉化進行計算
                  N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol/L）   0.2       0.3       0.2 
平衡量（mol/L）     a       b         c
極值轉化          a+0.5c    b+1.5c    0
 a+0.5c=0.2       b+1.5c=0.3；整理得   
（Ⅰ）a與b的關系為  3a=b+0.3
（Ⅱ）a、b、c的關系 溫度變化．平衡常數不變，K=0.1，根據平衡常數計算式代入得到：c²/（a×b³）=0.1
故答案為：①B； ②0.1＜a＜0.3； ③（ I ）3a=b+0.3；（Ⅱ）c²/（a×b³）=0.1；
（3）2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g），此反應是氣體體積增大的反應，所以是熵增大的反應，
故反應的△S＞0；
①N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol；氫氣的燃燒熱285.8kJ/mol，反應的熱化學方程式為②H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol
以上兩熱化學方程式消去氫氣合并，①×2+②×6得到熱化學方程式為：2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530kJ/mol
故答案為：＞；+1530 kJ/mol．

點評：本題考查了化學平衡的計算，速率、平衡常數的計算，平衡狀態的判斷依據和方法，影響平衡的因素分析，蓋斯定律的應用，關鍵是極值法在化學平衡中的應用，題目綜合性強，較難．