Question

氨气是重要化工产品之一。传统的工业合成氨技术的反应原理是：

N₂(g)＋3H₂(g) 2NH₃(g) ΔH＝－92.4 kJ/mol。在500 ℃、20 MPa时，将N₂、H₂置于一固定容积的密闭容器中反应，反应过程中各种物质的量变化如图所示，回答下列问题：

（1）计算反应在第一次平衡时的平衡常数K＝      。(保留二位小数)

（2）由第一次平衡到第二次平衡，平衡移动的方向是      ，采取的措施是      。

（3）45 min时刻改变的条件是      。

（4）产物NH₃在5～10 min、25～30min和45～50 min时平均反应速率从大到小的排列次序为      （平均反应速率分别以v₁、v₂、v₃表示）。

（5）随着条件的改变，达到三次平衡时H₂的转化率也发生[了变化，如分别以α₁、α₂、α₃表示，其中最小的是      。

（6）请在图中用实线表示25～45、45～60min 两阶段化学平衡常数K的变化图像。

Answer

（14分）（1）0.15 （2）正反应方向移动 移走生成物NH3；（3）降低温度；（4）v1>v2>v3 ；

（5）α1 （6）如图

。

【解析】

试题分析：（1）根据图像可知，在第一次反应达到平衡时，c(N2)=1.00mol/L，c(H2)=3.00mol/L，c(NH3)=2.00mol/L，则化学平衡常数；（2）由第一次平衡到第二次平衡，氢气的浓度由3.00mol/L变为1.86mol/L，减小1.14mol/L；氮气的浓度有1.00mol/L变为0.62mol/L，减小0.38mol/L，二者改变的浓度比是3:1，而氨气的浓度由2.00mol/L变为0.76mol/L，此时的浓度幂之积的比是，说明平衡移动的方向是正反应方向；反应物浓度减小，减小的比例相同，生成物浓度应该增加，突然减为0，然后又逐渐增大，说明改变的反应条件是减小了生成物的浓度，即从反应体系中移走部分生成物NH3；（3）根据图像可知在第45 min时刻，氮气、氢气的浓度减小，生成物的浓度增加，平衡正向移动，由于该反应的正反应是吸热反应，根据平衡移动原理：降低温度，化学平衡向放热反应方向移动，所以此时改变的条件是降低温度；（4）在温度相同时，浓度越大，反应速率越快；由于在5～10 min时比25～30min时氨气的浓度大，所以v1>v2；在45 min时刻改变的条件是降低温度，温度降低，反应速率大大降低，属于反应速率25～30min比45～50 min时快，即v2>v3 。所以产物NH3在5～10 min、25～30min和45～50 min时平均反应速率从大到小的排列次序为v1>v2>v3 ；（5）在第一次达到平衡时，反应物H2的转化率是α1；然后减小氨气的浓度，平衡正向移动，使氢气的转化率增大，此时的转化率是α2；α2>α1；在第45min时，降低温度，化学平衡正向移动，使氢气的转化率进一步增大，此时转化率是α3，则α3>α2；因此三次达到平衡时氢气的转化率关系是α3>α2>α1，故氢气的转化率最小的是α1；（6）化学平衡常数K只与温度有关，由于25min时的平衡温度与原来相同，在45min时升高温度，平衡正向移动，化学平衡常数增大，故用实线表示25～45、45～60min 两阶段化学平衡常数K的变化图像是

。

【考点定位】考查化学平衡常数的计算、外界条件对化学反应速率、对平衡移动的影响、平衡移动方向的判断、物质转化率的比较等知识。

【名师点睛】化学反应速率和化学平衡理论是化学重要理论，前者反应了化学反应进行的快慢程度；后者反映了化学反应进行的程度。在其它条件不变时，浓度越大，反应速率越快；在浓度不变时，温度越高速率越快。压强对化学反应速率的影响归根到底是通过改变物质的浓度而影响化学反应速率的，因此只对有气体参加的反应产生影响。一般情况下，温度每升高10℃，速率的原来的2～4倍；催化剂可以使速率成千上万倍的增大或减小。影响因素大小顺序是：催化剂>温度>浓度(压强)；化学平衡可以用平衡常数表示，化学平衡常数越大，反应物转化程度越大，当外界条件改变时，只要反应温度不变，则化学平衡常数不变。升高温度，平衡向吸热的方向移动，若反应的正反应是吸热反应，则平衡常数增大；若正反应是放热反应，则升高温度，平衡逆向移动，化学平衡常数减小。它与反应是否达到平衡无关。可根据平衡移动判断反应物的转化率或生成物的产率大小。