Question

I.工业上可由氢气、氮气合成氨气，溶于水形成氨水。盐酸和氨水是实验室常见的电解质溶液。一定温度下，向2L 密闭容器中加入N₂(g) 和H₂(g)，发生反应：N₂(g)+3H₂(g)⇌2NH₃(g) △H=—Q kJ/mol(Q>0)，NH₃物质的量随时间的变化如图所示。

(1)0到2 min 内的平均反应速率 v(H₂)=________。

(2)该温度下，反应 N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g) △H = —Q kJ/mol(Q>0)的平衡常数表达式K=________________。其平衡常数K与温度T的关系如下表：

T/ ℃	25	125	225
平衡常数 K	4×10^6	K1	K2

试判断K₁_______K₂(填写“>”“=”或“<”)。

(3)若反应是在固定体积的密闭容器中进行，下列能说明合成氨反应已达到平衡状态的是___(填字母)

A.3v(N₂) = v(H₂)

B.容器内压强保持不变

C.混合气体的密度保持不变

D.25℃时，测得容器中c(NH₃)=0.2 mol·L^-1， c(H₂) =c(N₂) =0.01 mol·L^-1

Answer

0.375 mol/(L·min) > BD

【解析】

根据图像和反应速率比等于化学计量数比这一规律计算化学反应速率；根据化学平衡移动的方向确定化学平衡常数大小；根据体系中各物质含量的发生变化情况判断反应是否达平衡状态。

(1)根据图像，2min时氨气生成1.0mol，则2min内氨气的平均反应速率v(NH3)===0.25mol·L-1·min-1，根据化学反应中反应速率比等于化学计量数比这一规律，可以得出v(H2)=v(NH3)=0.375 mol·L-1·min-1；

(2)根据化学平衡常数定义确定化学平衡常数表达式，即K=；由于该反应为放热反应，升高温度平衡向吸热反应方向移动，即逆反应方向，则升高温度的过程中生成物浓度减小反应物浓度增加，化学平衡常数减小，则K1>K2；

(3)A选项，没有明确氮气和氢气是否为反应速率或生成速率，若均为反应速率则反应是否达平衡，氮气与氢气的反应速率比均为1:3，A错误；

B选项，反应是一个气体体积不断减小的反应，当反应达平衡时，各组分的百分含量不再发生变化，容器内压强不再发生变化，可以判断反应达平衡状态，B正确；

C选项，根据质量守恒定律，容器内气体总质量不变，由于该反应在一个恒容的容器中进行，气体的体积不变，故混合气体的密度恒不变，不能判断反应达平衡状态，C错误；

D选项，25℃时反应的平衡常数K===4×106，与题(2)中25℃时的平衡常数相同，可以判断反应达平衡，D正确；

故选择BD。