Question

氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用，合成氨工业在国民生产中有重要意义。以下是关于合成氨的有关问题，请回答：

(1)若在一容积为2L的密闭容器中加入0.2mol的N₂和0.6mol的H₂在一定条件下发生反应:N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)ΔH<0，若在5分钟时反应达到平衡，此时测得NH₃的物质的量为0.2mol。则前5分钟的平均反应速率v(N₂)=__________。平衡时H₂的转化率为__________%。

(2)平衡后，若提高H₂的转化率，可以采取的措施有__________。

A.加了催化剂

B.增大容器体积

C.降低反应体系的温度

D.加入一定量N₂

(3)若在0.5L的密闭容器中，一定量的氮气和氢气进行如下反应：N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)ΔH<0，其化学平衡常数K与温度T的关系如表所示：

T/℃	200	300	400
K	K1	K3	0.5

请完成下列问题：

①试比较K₁、K₂的大小，K₁__________K₂(填“<”“>”或“＝”)；

②400℃时，反应2NH₃(g)N₂(g)+3H₂(g)的化学平衡常数为__________。当测得NH₃、N₂和H₂物质的量分别为3mol、2mol和1mol时，则该反应的v(N₂)_正__________v(N₂)_逆(填“<”“>”或“＝”)。

(4)根据化学反应速率和化学平衡理论，联系合成氨的生产实际，你认为下列说法不正确的是__________。

A.化学反应速率理论可指导怎样在一定时间内快出产品

B.勒夏特列原理可指导怎样使用有限原料多出产品

C.催化剂的使用是提高产品产率的有效方法

D.正确利用化学反应速率和化学反应限度理论都可以提高化工生产的综合经济效益

Answer

0.01mol·L-1·min-1 50 C、D > 2 > C

【解析】

(1)初始投料为0.2mol的N2和0.6mol的H2，容器体积为2L，根据题意列三段式有：

据以上分析进行反应速率和转化率的计算；

(2)不增加氢气的量平衡正向移动可以提供氢气的转化率；

(3)②先计算浓度商，与平衡常数进行比较，判断平衡移动方向。

(1)根据三段式可知5min内△c(N2)=0.05mol/L，所以v(N2)＝=0.01mol·L-1·min-1；△c(H2)=0.15mol/L，α(H2)=×100%=50%；

(2)A．催化剂不改变平衡移动，不能改变氢气的转化率，故A不选；

B．增大容器体积，压强减小，平衡会向压强增大的方向，即逆向移动，氢气的转化率减小，故B不选；

C．该反应为放热反应，降低温度平衡正向移动，氢气转化率增大，故C选；

D．加入一定量的氮气，平衡正向移动，氢气转化率增大，故D选；

综上所述选CD；

(3)①因ΔH<0，升高温度，K减小，所以K1>K2；

②根据表格数据可知400℃时N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为0.5，则反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的平衡常数为2；当测得NH3、N2和H2物质的量分别为3mol、2mol和1mol时，容器体积为0.5L，所以浓度商Qc==0.89<2，所以平衡正向移动，即v(N2)正>v(N2)逆；

(4)A．根据影响化学反应速率的因素，可指导怎样在一定时间内快出产品，故A正确；
B．结合影响化学平衡的因素，采用合适的外界条件，使平衡向正反应方向移动，可提高产率，故B正确；
C．催化剂只改变反应速率，不能提高产率，故C错误；
D．在一定的反应速率的前提下，尽可能使平衡向正反应方向移动，可提高化工生产的综合经济效益，故D正确．
故选C。