Question

氨是一种重要的化工产品，是氮肥工业、有机合成工业以及制造硝酸、铵盐和纯碱等的原料。

（1）在一定温度下，在固定体积的密闭容器中进行可逆反应：N₂+3H₂2NH₃。该可逆反应达到平衡的标志是________________。

A．3v(H₂)_正=2v(NH₃)_逆

B．单位时间生成m mol N₂的同时消耗3m mol H₂

C．容器内的总压强不再随时间而变化

D．混合气体的密度不再随时间变化

E．a molN≡N键断裂的同时，有6amolN—H键断裂

F．N₂、H₂、NH₃的分子数之比为1∶3∶2

（2）某化学研究性学习小组模拟工业合成氨的反应。在容积固定为2L的密闭容器内充入1molN₂和3molH₂，加入合适催化剂（体积可以忽略不计）后在一定温度压强下开始反应，并用压力计监测容器内压强的变化如下：

反应时间/min	0	5	10	15	20	25	30
压强/MPa	16.80	14.78	13.86	13.27	12.85	12.60	12.60

则从反应开始到25min时，以N₂表示的平均反应速率=          ；该温度下平衡常数K=           ；

（3） 利用合成气（主要成分为CO、CO₂和H₂）在催化剂的作用下合成甲醇，主要反应如下：

①CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)     △H=－99kJ·mol^－1

②CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)    △H=－58 kJ·mol^－1

③CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)    △H

图1中能正确反映平衡常数K随温度变化关系的曲线是         ；反应③的△H=         kJ·mol^－1。

（4）合成气的组成n(H₂)/n(CO+CO₂)=2.60时体系中的CO平衡转化率α(CO)与温度和压强的关系如图2所示。图中的压强p₁、p₂、p₃由大到小的顺序为             ；α(CO)随温度升高而减小，其原因是              。

Answer

（1）BCE （2）0.01 mol/(L.min) 2.37( mol/L)-2

（3）a（2分） +41 （2分）

（4）p3>p2>p1（2分）反应①为放热反应，升高温度，平衡左移，α(CO)减小；反应③为吸热反应，升高温度，平衡右移，α(CO)也减小（2分）

【解析】

试题分析：（1）A．2v（H2）正=3v（NH3）逆时，该反应达到平衡状态，所以3v（H2）正=2v（NH3）逆时该反应没有达到平衡状态，错误；B．单位时间生成m mol N2的同时消耗3m mol H2，正逆反应速率相等，所以该反应达到平衡状态，正确；C．容器内的总压强不再随时间而变化，反应体系中各物质的浓度不变，所以达到平衡状态，正确；D．无论该反应是否达到平衡状态，混合气体的密度不随时间变化，所以密度不能作为判断依据，错误；E．a molN≡N键断裂的同时，有6amolN-H键断裂，正逆反应速率相等，所以该反应达到平衡状态，正确；F．N2、H2、NH3的分子数之比为1：3：2时该反应不一定达到平衡状态，与反应物的初始浓度及转化率有关，错误；答案选BCE；

（2）同一温度下，容器中气体压强与总的物质的量成正比，设平衡状态时混合气体的物质的量为x，

16.80：12.60=（1+3）mol：x，x=（4mol×12.60）/16.80=3，所以平衡时混合气体的物质的量为3mol，设参加反应的氮气的物质的量为y，则

N2（g）+3H2（g）2NH3（g） 物质的量减少

1mol 2mol

y （4-3）mol

1mol：2mol=y：（4-3）mol

解得y=0.5mol

则从反应开始到25min时，以N2表示的平均反应速率==0.01mol/（L·min）

平衡时，c（N2）=0.5mol÷2L=0.25mol/L、c（H2）=（3mol−3×0.5mol）÷2L=0.75mol/L、c（NH3）=（0.5mol×2）÷2L=0.5mol/L，化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，则化学平衡常数K==2.37。

（3）由于正方应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，因此a正确。已知①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H=－99kJ·mol－1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=－58 kJ·mol－1

则根据盖斯定律可知②—①即得到反应③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)的△H＝＋41kJ/mol。

（4）相同温度下，由于反应①为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应③为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响，故增大压强时，有利于CO的转化率升高，所以图2中的压强由大到小为P3＞P2＞P1；反应①为放热反应，升高温度时，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应③为吸热反应，平衡向右移动，又产生CO的量增大；因此最终结果是随温度升高，使CO的转化率降低。

【考点定位】本题主要是考查反应热计算、盖斯定律应用、平衡常数、反应速率、平衡状态判断以及外界条件对平衡状态的影响等

【名师点晴】本题将热化学方程式、盖斯定律，平衡图像、外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响，碳、氮及其化合物的性质等知识同低碳经济、温室气体的吸收等环境问题联系起来，充分体现了学以致用的目的，更突显了化学是一门实用性的学科的特点。该题的难点是平衡状态判断以及平衡图像分析。再分析平衡状态时要注意抓住平衡状态的特征即正逆反应速率相等以及由此衍生出来的标志。关于可逆反应图像的分析要注意：（1）紧扣特征，弄清可逆反应的正反应是吸热还是放热，体积增大、减小还是不变，有无固体、纯液体物质参与反应等。（2）先拐先平，在含量(转化率)—时间曲线中，先出现拐点的则先达到平衡，说明该曲线反应速率快，表示温度较高、有催化剂、压强较大等。（3）定一议二，当图像中有三个量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系，有时还需要作辅助线。