Question

在实验室进行工业合成氨的模拟实验：N2（g）+3H2（g）═2NH3（g）△H＜0．当反应达到平衡后，分离出氨，

在实验室进行工业合成氨的模拟实验：N2（g）+3H2（g）═2NH3（g）△H＜0．当反应达到平衡后，分离出氨，并按与起始时原料气相同的物质的量之比补充N2、H2，以实现连续生产，各组分物质的量和时间的关系如图所示（容器体积为1L，各平衡状态时N2物质的量均可视为0.9mol）．（1）①以NH3的浓度变化表示反应开始至15min时该反应的平均速率是______ （保留三位有效数字）．②Ⅰ阶段15min达到平衡，则Ⅰ阶段的平衡常数为______；Ⅱ阶段，达到平衡状态时，代表氢气的曲线上的点的坐标为（______）．③H2在Ⅰ、Ⅱ的平衡转化率aI（H2）、aⅡ（H2）中较小的是______，其值是______（保留三位有效数字）．（2）在甲、乙两容器中分别进行反应N2（g）+3H2?2NH3（g），甲容器容积固定，乙容器容积可变．一定温度下，在甲中充入a mol N2、b mol H2（3a＞b=3），达到平衡时NH3的物质的量为c mol．①相同温度下，在乙中加入2a mol N2、2b mol H2，若乙的压强始终与甲的压强相等，乙中反应达到平衡时NH3的物质的量为______ mol（填字母序号，下同）；若乙的容积与甲的容积始终相等，乙中反应达到平衡时NH3的物质的量为______ mol．A．大于2c B．等于2c C．在c～2c之间 D．等于c E．小于c②相同温度下，保持乙的容积为甲的一半，并加入1mol NH3，要使乙中反皮达到平衡时，各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时的相同，则起始时还应加入______和______（用含a、b的代数式表示）．

Answer 1

（1）①由图可知，15min时到达平衡，氨气的物质的量为0.2mol，故v（NH₃）=

0.2mol

1L?15min

=0.0133mol/（L?min），故答案为：0.0133mol/（L?min）；
②15min达到平衡时，H₂浓度为3mol/L，N₂浓度为0.9mol/L，NH₃浓度为2mol/L，化学平衡常数为K=

22

33×0.9

=0.165；补充氮气、氢气物质的量之比与起始时相同的原料气，再次到达平衡时，氮气的浓度不变，说明加入的氮气完全反应，根据t₂再次平衡时生成氨气的物质的量为0.2mol，则：
     N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
变化：0.1mol 0.3mol   0.2mol
故t₁时，加入0.1mol氮气，加入的氢气为0.1mol×3.3=0.33mol，故t₁时氢气的物质的量为3mol+0.33mol=3.33mol，坐标为（25min，3.33mol），
t₂再次平衡时，参加反应的氢气为0.3mol，平衡时氢气的物质的量为3.33mol-0.3mol=3.03mol，故t₂时坐标为（50min，3.03mol），
故答案为：0.165；（5、3.03）；
③第一次平衡时氢气的转化率=

0.3mol

3.3mol

×100%=9.09%，第二次平衡时氢气的转化率=

0.3mol

3.33mol

×100%=9.01%，氢气的转化率降低，
故答案为：a_Ⅱ（H₂）；9.01%；
（2）①甲乙容器等压，加入的反应物物质的量之比相等，符合等效平衡，即乙中反应达到平衡时NH₃的物质的量为2cmol；若等容，由于乙容器加入的反应物物质的量大，又由于正反应方向为气体物质的量减小的方向，促进反应的正向进行，即乙中反应达到平衡时NH₃的物质的量大于2cmol，选A；
②容积为甲容器的一半，且各物质的体积分数与甲容器达到相同的平衡状态，则符合等效平衡规律，即氨气全部转化为反应物时，氮气和氢气的物质的量分别为0.5amol和0.5molb，1molNH₃转化为反应物时，氮气的物质的量为0.5mol，氢气的物质的量为1.5mol，此时还应加入氮气的物质的量为（0.5a-0.5）mol，应加入氢气的物质的量为（0.5b-1.5）mol，
故答案为：（0.5a-0.5）molN₂；（0.5b-1.5）molH₂．