Question

氮元素可形成多种化合物，在工业生产中具有重要价值。请回答下列问题：

(1)一定温度下，将一定量的N₂和H₂充入固定体积的密闭容器中进行合成氨反应。

①下列描述能说明该可逆反应达到化学平衡状态的有__。

A.容器内气体的密度不变

B.c(N₂)：c(H₂)：c(NH₃)=1：3：2

C.容器内的压强不变

D.相同时间内有3molH-H键断裂，有6molN-H键形成

E.3v_正(H₂)=2v_逆(NH₃)

F.容器内气体的平均相对分子质量不变

②恒温恒压条件下，为提高合成氨反应中N₂和H₂的利用率，可采用的方法__(一种即可)。

(2)一定温度下，2L密闭容器中充入0.40molN₂O₄，发生反应：N₂O₄(g)2NO₂(g)，一段时间后达到平衡，测得数据如下：

时间/s	20	40	60	80	100
c(NO2)/(mol/L)	0.12	0.20	0.26	0.30	0.30

①20s内，v(NO₂)=__，该温度下反应的化学平衡常数数值为__。

②升高温度时，气体颜色加深，则正反应是__(填“放热”或“吸热”)反应。

③相同温度下，若开始向该容器中充入0.40mo1NO₂，则达到平衡后：c(NO₂)__0.15mol/L(填“>”、“=”或“<”)

Answer

C、F 移出NH3 6×10-3mol/(L·s) 1.8 吸热 >

【解析】

(1)①可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应体系中各物质的物质的量不变、物质的量浓度不变、百分含量以及由此引起的一系列物理量不变；

(2)①根据表格数据找出平衡时各物质的浓度，计算平衡常数；

③利用等效平衡思想分析。

(1)①A．气体质量和体积不变，容器内气体的密度始终不变，不能说明反应达到平衡状态，故A不选；
B．平衡时各物质的浓度不再改变，但浓度之比不一定等于计量数之比，与反应物投料及转化率有关，故B不选；
C．该反应前后气体系数之和不同，未平衡时气体的物质的量会发生变化，而容器恒容，所以容器内压强会变，容器内的压强不变说明反应达到平衡状态，故C选；

D．相同时间内有3molH-H键断裂，有6mol N-H键形成，二者描述的都是正反应速率，只要反应进行，该关系就存在，故D不选；
E．速率之比等于化学方程式计量数之比，为正反应速率之比，2v正(H2)=3v逆(NH3)能说明反应达到平衡状态，但3v正(H2)=2v逆(NH3)不能证明反应达到平衡状态，故E不选；
F．反应前后气体质量不变，气体物质的量变化，所以未平衡时容器内气体的平均相对分子质量会变，不变时说明反应达到平衡状态，故F选；

综上所述选C、F；

②恒温恒压条件下，可以及时移走生成的NH3使平衡正向移动，增大反应物的利用率；

(2)①20s内，v(NO2)== 6×10-3mol/(L·s)；

根据表格数据可知80s时反应已经达到平衡，此时△c(NO2)=0.30mol/L，根据方程式可知△c(N2O4)=0.15mol/L，初始投料0.40molN2O4，容器体积为2L，所以平衡时c(N2O4)=0.05mol/L，则该温度下平衡常数为=1.8；

②升高温度颜色加深，说明向生成NO2的方向移动，即正向移动，所以正反应为吸热反应；

③若开始向该容器中充入0.40mo1NO2，极限转化相当于充入0.20molN2O4，假如二者达到等效平衡，则c(NO2)=0.15mol/L，但实际上由于气体的物质的量减少，容器内压强降低，平衡会在等效平衡的基础上向生成NO2的方向移动，所以c(NO2)>0.15mol/L。