题目

题型：不详难度：来源：

(12分)150 ℃时，向如图所示的容器(密封的隔板可自由滑动，整个过程中保持隔板上部压强不变)中加入4 L N₂和H₂的混合气体，在催化剂作用下充分反应(催化剂体积忽略不计)，反应后恢复到原温度。平衡后容器体积变为3.4 L，容器内气体对相同条件的氢气的相对密度为5。

(1)反应前混合气体中V(N₂)：V(H₂)＝____________；反应达平衡后V(NH₃)＝____________L；该反应中N₂转化率为____________。
(2)向平衡后的容器中充入0．2 mol的NH₃，一段时间后反应再次达到平衡，恢复到150 ℃时测得此过程中从外界吸收了6．44 kJ的热量。
①充入NH₃时，混合气体的密度将____________，在达到平衡的过程中，混合气体的密度将____________(填“增大”、“减小”或“不变”)。反应重新达平衡的混合气体对氢气的相对密度将____________5(填“＞”、“＜”或“＝”)。
②下列哪些实验现象或数据能说明反应重新到达了平衡____________。

A．容器不再与外界发生热交换

B．混合气体的平均相对分子质量保持不变

C．当V(N2)：V(H2)：V(NH3)＝1：3：2时

D．当容器的体积不再发生变化时

③写出该反应的热化学方程式：__________________________________。

答案

(1)1︰3　0．6　30%      (2)①增大　减小　＝　②A、B、D
③N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)　ΔH＝－92 kJ·mol^－1

解析

（1）设反应前混合气体中氮气的体积是x，则氢气是4－x。平衡后，气体体积减少了0.6L，所以根据反应式N₂＋3H₂2NH₃可知，参加反应的氮气是0.3L，氢气是0.9L，生成氨气是0.6L。所以平衡时氮气是x－0.3，氢气是3.1－x。又因为容器内气体对相同条件的氢气的相对密度为5，所以有，解得x＝1L
所以氮气和氢气的体积之比是1︰3；反应中氮气的转化率是0.3÷1＝0.3，即30％。
（2）①氨气的相对分子质量是17，所以混合气的平均相对分子质量增大，所以密度增大。氮气和氢气的体积是1︰3时，混合气的平均相对分子质量是，由于反应向逆反应方向进行，因此混合气的平均相对分子质量是减小，则密度也是减小的。但由于反应是压强不变的，因此平衡是等效的，即反应重新达平衡的混合气体对氢气的相对密度等于5。
②在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。所以A、B、D都是可以说明的。平衡时浓度不再发生变化，但物质之间的浓度不一定相等或满足某种关系，所以选项C不正确，答案选ABD。
③由于平衡是等效的，所以氨气的转化率是70％，则消耗氨气是0.14mol，所以该反应的反应热是6.44kJ÷0.07molkJ·mol^－1，所以该反应的热化学方程式是N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)　ΔH＝－92 kJ·mol^－1。