问题 问答题

氮是大气中含量最多的气体,研究氮及其化合物对人类有重要的意义.

(1)合成氨的原理为:N2(g)+3H2⇌2NH3△H=-92.4kJ/mol

①将一定量的N2(g)和H2(g)放入1L的密闭容器中,在500℃、2×107Pa下达到平衡,平衡时测得N2为0.1mol,H2为0.3mol,NH3为0.1mol.该条件下H2的转化率为______.此温度下该反应的平衡常数K=______

②欲提高H2的转化率,下列措施可行的是______.

a.向容器中按原比例再充入原料气

b.向容器中再充入惰性气体

c.改变反应的催化剂

d.液化生成物分离出氨

(2)在2L密闭容器中,800℃时反应2NO(g)+O2(g)═2NO2(g)△H<0体系中,各成分浓度随时间的变化如图1所示:

①用O2表示从0~2s内该反应的平均速率v=______.

②能说明该反应已经达到平衡状态的是______.

a.v(NO2)=2v(O2

b.容器内压强保持不变

c.v(NO)=2v(O2

d.容器内的密度保持不变

③为使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动的是______.

a.及时分离出NO2气体

b.适当升高温度

c.增大O2的浓度

d.选择高效的催化剂

(3)汽车尾气中含有CO、NO2等有毒气体,对汽车加装尾气净化装置,可使有毒气体相互反应转化为无毒气体

4CO(g)+2NO2(g)⇌4CO2(g)+N2(g)△H=-1200kJ•mol-1对于该反应,温度不同(T2>T1)、其他条件相同时,图2中图象(甲、乙、丙)正确的是______(填代号)

答案

(1)根据化学方程式和三段式列式计算:

N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)

初始浓度;0.6 0.450

变化浓度:0.50.15 0.1

平衡浓度:0.10.3 0.1

该条件下H2的转化率=

0.15mol/L
0.45mol/L
×100%≈33.3%,

平衡常数K=

c2(NH3)
c(N2)c3(H2)
=
0.12
0.1×0.33
=3.7(L/mol)2

故答案为:33.3%;3.7(L/mol)2

③根据化学平衡:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g),反应是气体体积减小的放热反应,欲提高 H2的转化率,平衡正向进行;

a.向容器中按原比例再充入原料气,则压强增大,平衡向右移动,氢气的转化率增大,故a正确;

b.向容器中再充入惰性气体,则各组分浓度不变,平衡不移动,氢气的转化率不变,故b错误;

c.改变反应的催化剂,不影响平衡的移动,氢气的转化率不变,故c错误;

d.液化生成物分离出氨,平衡向右移动,氢气的转化率增大,故d正确;

故选ad.

(2)①由图象数据可知,由方程式2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)可知,平衡时△c(NO):△c(O2):△c(NO2)=2:1:2,为据此判断表示,浓度变化的曲线,分别为b为NO,c为O2,aNO2,由图中数据可知2s内,O2的浓度变化量为0.005mol/L-0.002mol/L=0.003mol/L,根据v=

△c
△t
计算v(O2)=
0.003mol/L
2L
=0.0015mol/L•min;

故答案为:0.0015mol/L•min;

②能说明该反应已经达到平衡状态的是当反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等,各物质的浓度、百分含量不变;

a.未指明正逆速率,若都为同一方向速率,始终都存在v(NO2)=2v(O2)关系,故不能说明到达平衡,若为不同方向的速率,速率之比等于化学计量数之比,说明到达平衡,故a错误;

b.随反应进行气体的物质的量减小,压强增减小,容器内压强保持不变,说明到达平衡,故b正确;

c.不同物质表示的正逆速率之比等于化学计量数之比,反应到达平衡,故v(NO)=2v(O2),说明到达平衡,故c正确;

d.反应混合气体的质量不变,容器的体积不变,密度始终不变,故容器内物质的密度保持不变,不能说明到达平衡,故d错误;

故选bc;

③为使该反应的反应速率增大,且平衡向正反应方向移动依据平衡移动原理分析判断;

a.及时分离出NO2气体,平衡向正反应移动,但反应速率降低,故a错误;

b.适当升高温度,反应速率增大,平衡向逆反应移动,故b错误;

c.增大O2的浓度,反应速率增大,平衡向正反应移动,故c正确;

d.选择高效的催化剂,增大反应速率,不影响平衡移动,故d错误;

故选C;

(3)甲:升高温度,化学平衡逆向移动,化学反应速率会迅速增大,会离开原来的速率点,故甲错误;

乙:升高温度,化学反应速率会迅速增大,所以T2时先达到化学平衡状态,并且化学平衡逆向移动,二氧化氮的转化率减小,故乙正确;

丙:对于反应:4CO(g)+2NO2(g)⇌4CO2(g)+N2(g),T不变,增大压强,平衡正向移动,一氧化碳的体积分数会减小,故丙错误.

故答案为:乙.

填空题
单项选择题