Question

合成氨反應為N₂+3H₂?2NH₃，今有A、B、C、D四個容器，每個容器中有兩種操作，兩種操作分別達到平衡后，操作1中N₂和操作2中NH₃轉化率之和一定不為1的是（起始體積相同）（　　）

A．恒溫恒容：操作1：加1 mol N₂+3 mol H₂，操作2：加2 mol NH₃

B．恒溫恒壓：操作1：加1 mol N₂+3 mol H₂，操作2：加2 mol NH₃

C．恒溫恒容：操作1：加1 mol N₂+3 mol H₂，操作2：加3 mol NH₃

D．恒溫恒壓：操作1：加1 mol N₂+3 mol H₂，操作2：加3 mol NH₃

Answer 1

分析：A、該反應正反應是氣體體積減少的反應，恒溫恒容下，加操作2轉化到左邊，可得1 mol N₂+3 mol H₂，與操作1對應各組分的物質的量相等，與操作1為等效平衡，平衡時NH₃的物質的量相同，令操作1中N₂的轉化率為a，由方程式可知平衡時NH₃為2amol；操作2中 NH₃的轉化率為b，平衡時NH₃為2（1-b）mol，據此計算判斷；
B、該反應正反應是氣體體積減少的反應，恒溫恒壓下，加操作2轉化到左邊，可得1 mol N₂+3 mol H₂，與操作1對應各組分的物質的量之比相等，與操作1為等效平衡，平衡時NH₃的含量相同，令操作1中N₂的轉化率為a，由方程式可知平衡時NH₃為2amol，平衡時總的物質的量為（4+2a）mol；操作2中 NH₃的轉化率為b，平衡時NH₃為2（1-b）mol，總的物質的量為（2+2b）mol，根據含量相同計算判斷；
C、該反應正反應是氣體體積減少的反應，恒溫恒容下，加操作2轉化到左邊，可得1.5 mol N₂+4.5mol H₂，與操作1對應各組分的物質的量不相等，與操作1不是等效平衡，可等效為在操作2在操作1的基礎上增大壓強，平衡時NH₃含量增大、物質的量比操作1增大，令操作1中N₂的轉化率為a，由方程式可知平衡時NH₃為2amol，平衡時總的物質的量為（4+2a）mol；操作2中 NH₃的轉化率為b，平衡時NH₃為3（1-b）mol，總的物質的量為（3+3b）mol，根據平衡是氨氣的含量計算判斷；
D、該反應正反應是氣體體積減少的反應，恒溫恒壓下，加操作2轉化到左邊，可得1.5mol N₂+4.5mol H₂，與操作1對應各組分的物質的量之比相等，與操作1為等效平衡，平衡時NH₃的含量相同，令操作1中N₂的轉化率為a，由方程式可知平衡時NH₃為2amol，平衡時總的物質的量為（4+2a）mol；操作2中 NH₃的轉化率為b，平衡時NH₃為3（1-b）mol，總的物質的量為（3+3b）mol，根據含量相同計算判斷．

解答：解：A、該反應正反應是氣體體積減少的反應，恒溫恒容下，加操作2轉化到左邊，可得1 mol N₂+3 mol H₂，與操作1對應各組分的物質的量相等，與操作1為等效平衡，平衡時NH₃的物質的量相同，令操作1中N₂的轉化率為a，由方程式可知平衡時NH₃為2amol；操作2中 NH₃的轉化率為b，平衡時NH₃為2（1-b）mol，所以有2amol=2（1-b）mol，整理得a+b=1，故不符合；
B、該反應正反應是氣體體積減少的反應，恒溫恒壓下，加操作2轉化到左邊，可得1 mol N₂+3 mol H₂，與操作1對應各組分的物質的量之比相等，與操作1為等效平衡，平衡時NH₃的含量相同，令操作1中N₂的轉化率為a，由方程式可知平衡時NH₃為2amol，平衡時總的物質的量為（4+2a）mol；操作2中 NH₃的轉化率為b，平衡時NH₃為2（1-b）mol，總的物質的量為（2+2b）mol，所以

2a

4+2a

=

2(1-b)

2+2b

，整理得a+b=1，故B不符合；
C、該反應正反應是氣體體積減少的反應，恒溫恒容下，加操作2轉化到左邊，可得1.5 mol N₂+4.5mol H₂，與操作1對應各組分的物質的量不相等，與操作1不是等效平衡，可等效為在操作2在操作1的基礎上增大壓強，平衡時NH₃含量增大、物質的量比操作1增大，令操作1中N₂的轉化率為a，由方程式可知平衡時NH₃為2amol，平衡時總的物質的量為（4+2a）mol；操作2中 NH₃的轉化率為b，平衡時NH₃為3（1-b）mol，總的物質的量為（3+3b）mol，所以

2a

4-2a

＜

3(1-b)

3+3b

，整理得a+b＜1，故C符合；
D、該反應正反應是氣體體積減少的反應，恒溫恒壓下，加操作2轉化到左邊，可得1.5mol N₂+4.5mol H₂，與操作1對應各組分的物質的量之比相等，與操作1為等效平衡，平衡時NH₃的含量相同，令操作1中N₂的轉化率為a，由方程式可知平衡時NH₃為2amol，平衡時總的物質的量為（4+2a）mol；操作2中 NH₃的轉化率為b，平衡時NH₃為3（1-b）mol，總的物質的量為（3+3b）mol，所以所以

2a

4+2a

=

3(1-b)

3+3b

，整理得a+b=1，故D不符合；
故選C．

點評：本題考查化學平衡計算、平衡移動、等效平衡等，難度中等，理解等效平衡規律、判斷平衡移動是解題的關鍵．