Question

（1）工業合成氨技術的反應原理是：N₂（g）+3H₂（g）

催化劑

高溫高壓

2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol．在500℃、20MPa時，將N₂、H₂置于一個固定容積的密閉容器中發生反應，反應過程中各種物質的量變化如圖1所示，回答下列問題：

①計算反應在第一次平衡時平衡常數K=______（保留二位小數）
②產物NH₃在5～10min、20～25min和45～50min時平均反應速率[平均反應速率分別以v₁、v₂、v₃表示]從大到小排列次序為______．
③在45min時，采取的措施是______；
（2）如圖2是一個體積固定的恒溫密閉容器，正中間有一個可以滑動的隔板將容器隔成A、B兩室．A室放入H₂和O₂共5mol，B室放入H₂和N₂共5mol，使隔板恰好處于正中間．
①控制一定條件，只使A室氣體充分反應，此時隔板左移，待反應完成且密閉容器溫度恒定（大于120℃）后，A室氣體體積是B室體積的

4

5

．計算原H₂和O₂的體積比為______．
②再控制一定條件，使H₂和N₂發生反應（正反應放熱）．當密閉容器溫度恒定（大于120℃）且達到平衡時，隔板右移恰好回到正中間，若加入的N₂為1mol，則N₂的轉化率為______，若加入的N₂為xmol，則x的取值范圍是______．

Answer 1

（1）①第一次達到平衡常數時，氨氣的濃度為：2.00mol/L，氫氣濃度為：3.00mol/L，氮氣的濃度為：1.00mol/L，
第一次平衡時平衡常數K=

2.002

1.00×3.003

≈0.15，
故答案為：0.15；
②5～10min氨氣的濃度變化大于0.5mol/L，20～25min氨氣濃度變化為0，45～50min氨氣的濃度變化小于0.50.5mol/L，時間變化為5min，由v=

△c

△t

可知，反應速率關系為：v₁＞v₃＞v₂，
故答案為：v₁＞v₃＞v₂；
③45min時，氨氣的濃度增大，氮氣、氫氣的濃度減小，化學平衡平衡向著正向移動，該反應是放熱反應，說明降低了溫度，
故答案為：降低溫度；
（2）①A室氣體體積是B室體積的

4

5

，A、B的壓強相同，B的物質的量為5mol且不變，所以A反應后的物質的量為4mol，反應后氣體減小了1mol，
2H₂ +O₂

點燃 .

2H₂O△n
2 1 2 1
2mol1mol 1mol
反應消耗的氫氣的物質的量為2mol、氧氣的物質的量為1mol，所以氫氣和氧氣的物質的量有兩種情況，

4mol氫氣 1mol氧氣

或

2mol氫氣 3mol氧氣

，所以原H₂和O₂的體積比為2：3或4：1，
故答案為：2：3或4：1；
②達到平衡時，隔板右移恰好回到正中間，根據①可知，達到平衡時B中氣體的總物質的量為4mol，氣體的物質的量減小了1mol，
根據反應N₂+3H₂ ?2NH₃ △n
13 2 2
0.5mol1.5mol1mol
反應消耗氮氣的物質的量為0.5mol、氫氣為1.5mol，
加入的N₂為1mol，則N₂的轉化率為：

0.5mol

1mol

×100%=50%；
氮氣的物質的量最少為0.5mol，但是必須大于0.5mol，氮氣最大的物質的量為3.5mol，
剩余氮氣的取值范圍為：0.5＜x＜3.5，
故答案為：50%；0.5＜x＜3.5．