题目
反应N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) 可视为理想气体间反应,在反应达平衡后,若维持系统温度与压力不变,而于系统中加入惰性气体,则A. Kpθ不变,平衡时N2和H2的量将增加,而NH3的量减少B. Kpθ不变,且N2, H2, NH3的量均不变C. Kpθ不变,平衡时N2和H2的量将减少,而NH3的量增加D. Kpθ增加,平衡时N2和H2的量将减少,NH3的量增加
反应N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) 可视为理想气体间反应,在反应达平衡后,若维持系统温度与压力不变,而于系统中加入惰性气体,则
A. Kpθ不变,平衡时N2和H2的量将增加,而NH3的量减少
B. Kpθ不变,且N2, H2, NH3的量均不变
C. Kpθ不变,平衡时N2和H2的量将减少,而NH3的量增加
D. Kpθ增加,平衡时N2和H2的量将减少,NH3的量增加
题目解答
答案
A. Kpθ不变,平衡时N2和H2的量将增加,而NH3的量减少
解析
考查要点:本题主要考查化学平衡移动原理(勒沙特列原理)在恒温恒压条件下的应用,以及平衡常数$K_p^\theta$的特性。
解题核心思路:
- 判断惰性气体的影响:在恒温恒压条件下,加入惰性气体会导致反应气体的分压降低,从而改变反应商$Q_p$。
- 比较$Q_p$与$K_p^\theta$:通过分压变化判断平衡移动方向。
- 平衡常数特性:$K_p^\theta$仅与温度有关,温度不变则$K_p^\theta$不变。
破题关键点:
- 分压变化:总压恒定时,惰性气体稀释了反应气体的物质的量分数,导致各反应气体分压降低。
- 反应方向判断:分压降低使$Q_p > K_p^\theta$,平衡逆向移动,生成更多反应物($N_2$和$H_2$),消耗$NH_3$。
步骤1:分析分压变化
在恒温恒压条件下,加入惰性气体后,系统总物质的量增加,但反应气体的物质的量分数下降。根据分压公式$p_i = X_i \cdot P_{\text{总}}$,各反应气体的分压$p_{N_2}$、$p_{H_2}$、$p_{NH_3}$均降低。
步骤2:计算反应商$Q_p$
原平衡时$Q_p = K_p^\theta$。分压降低后,新的$Q_p$为:
$Q_p = \frac{(p_{NH_3})^2}{p_{N_2} \cdot (p_{H_2})^3} \cdot \left(\frac{1}{k}\right)^{2 - (1+3)} = K_p^\theta \cdot k^{-2}$
其中$k < 1$(分压降低的倍数)。由于$k^{-2} > 1$,故$Q_p > K_p^\theta$。
步骤3:判断平衡移动方向
$Q_p > K_p^\theta$表明系统处于不平衡状态,反应将逆向进行以重新建立平衡。逆反应生成更多$N_2$和$H_2$,消耗$NH_3$。
步骤4:平衡常数特性
$K_p^\theta$仅由温度决定,温度未变,故$K_p^\theta$不变。