Question

氨的合成是最重要的化工生產(chǎn)之一．
（1）合成氨用的氫氣，工業(yè)上可利用“甲烷蒸氣轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)氫氣”，反應(yīng)為：CH₄（g）+H₂O

高溫

催化劑

CO（g）+3H₂（g），已知有關(guān)反應(yīng)的能量變化如下圖：

則該反應(yīng)的焓變△H=

 

；
（2）已知溫度、壓強(qiáng)對(duì)甲烷平衡含量的影響如下圖，請(qǐng)回答：

①溫度對(duì)該反應(yīng)的反應(yīng)速率和平衡移動(dòng)的影響是

 

；
②已知：在700℃，1MPa時(shí)，1mol CH₄與1mol H₂O在1L的密閉容器中反應(yīng)，6分鐘達(dá)到平衡，此時(shí)CH₄的轉(zhuǎn)化率為80%，用H₂表示的平均反應(yīng)速率為

 

，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)

 

（結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后一位數(shù)字）；
③為進(jìn)一步提高CH4的平衡轉(zhuǎn)化率，下列措施中能達(dá)到目的是；
a．提高反應(yīng)開(kāi)始時(shí)的水碳比

n(H2O)

n(CH4)

b．使用更高效的催化劑       
c．增大壓強(qiáng)
（3）已知在400℃時(shí)，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的K′=0.5．
①2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的K=

 

（填數(shù)值）．
②400℃時(shí)，在0.5L的反應(yīng)容器中進(jìn)行合成氨反應(yīng)，一段時(shí)間后，測(cè)得N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量分別為2mol、1mol、2mol，則此時(shí)反應(yīng)v（N₂）正

 

v（N₂）逆（填“＞”、“＜”、“=”或“不確定”）．
（4）常溫下，將a mol?L^-1的氨水與0.1mol?L^-1的鹽酸等體積混合，當(dāng)溶液中c（NH⁴⁺）=c（Cl^-）時(shí)，則a

 

  0.1mol?L^-1（填“＞”、“＜”或“=”）；NH3?H₂O的電離常數(shù)K_b=mol?L^-1（用含a的代數(shù)式表示）．

Answer 1

考點(diǎn)：合成氨條件的選擇,反應(yīng)熱和焓變,化學(xué)平衡的影響因素,弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)蓋斯定律及圖象中焓變計(jì)算出該反應(yīng)的焓變△H；
（2）①根據(jù)圖象中甲烷含量隨溫度變化分析；
②根據(jù)甲烷的量求出生成的氫氣的量，然后求出氫氣的反應(yīng)速率；根據(jù)平衡時(shí)的濃度可以求得平衡常數(shù)；
③根據(jù)該反應(yīng)特點(diǎn)及平衡移動(dòng)原理進(jìn)行解答；
（3）①相同溫度下，同一可逆反應(yīng)的正逆平衡常數(shù)互為倒數(shù)關(guān)系；
②根據(jù)濃度熵和平衡常數(shù)之間的關(guān)系來(lái)判斷反應(yīng)的狀態(tài)；
（4）根據(jù)電荷守恒及反應(yīng)平衡時(shí)溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）分析溶液的酸堿性，判斷a的大小，再利用離子濃度來(lái)計(jì)算電離常數(shù)．

解答：解：（1）反應(yīng)CH₄（g）+H₂O

高溫

催化劑

CO（g）+3H₂（g），可由反應(yīng)①2CH₄（g）+3O₂（g）→2CO+4H₂O（g），②2H₂（g）+O₂（g）→2H₂O（g）合并而成，即

①-②×3

2

，根據(jù)蓋斯定律，結(jié)合圖中數(shù)據(jù)，可以求得焓變△H=

-564.3-(-241.8)×3

2

kJ?mol^-1=+161.1 kJ?mol^-1，
故答案為：+161.1 kJ?mol^-1；
（2）①由圖象可知，其他條件不變，升高溫度，反應(yīng)速率加快，甲烷的百分含量減小，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
故答案為：其他條件不變，升高溫度，反應(yīng)速率加快，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
②參加反應(yīng)的CH₄為：1mol×80%=0.8mol，所以生成的氫氣為：n（H₂）=3n（CH₄）=2.4mol，v（H₂）=

△n V

t

=

2.4mol 1L

6min

=0.4 mol/（L?min），
在反應(yīng)CH₄（g）+H₂O

高溫

催化劑

CO（g）+3H₂（g）中，平衡時(shí)CH₄的物質(zhì)的量為：1mol-0.8mol=0.2mol，
依據(jù)化學(xué)方程式可知，H₂O的物質(zhì)的量為0.2mol，CO的物質(zhì)的量為0.8mol，H₂的物質(zhì)的量為2.4mol，而容器體積為1L，
所以平衡常數(shù)為：

0.8×2．43

0.2×0.2

=276.5，
故答案為：0.4 mol/（L?min）；276.5；
③a、增加一種物質(zhì)的濃度可以提高另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，故a正確；
b、催化劑對(duì)平衡沒(méi)有影響，不能改轉(zhuǎn)化率，故b錯(cuò)誤；
c、由于該反應(yīng)前后氣體體積不變，所以增大壓強(qiáng)，平衡不移動(dòng)，不能改變甲烷的轉(zhuǎn)化率，故c錯(cuò)誤；
故答案為：a；
（3）①相同溫度下，同一可逆反應(yīng)的正逆平衡常數(shù)互為倒數(shù)關(guān)系，在400℃時(shí)，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的K′=0.5，
則2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的K=

1

K′

=2，
故答案為：2；
②測(cè)得N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量分別為2mol、1mol、2mol，容器容積為0.5，則N₂、H₂、NH₃的物質(zhì)的量濃度分別為：4mol/L、2mol/L、4mol/L時(shí)，Qc

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

=0.5，Q_C=K，所以該狀態(tài)是平衡狀態(tài)，正逆反應(yīng)速率相等，
故答案為：=；
（4）根據(jù)溶液中電荷守恒，c（NH₄⁺）=c（Cl^-），則c（H⁺）=c（OH^-），則溶液顯中性，當(dāng)a=0.1時(shí)，兩溶液恰好反應(yīng)生成氯化銨，溶液顯示酸性，若要滿足溶液顯示中性，則加入的氨水應(yīng)該稍過(guò)量，則a＞0.1；
溶液中c（NH₄⁺）=c（Cl^-）=

1

2

×0.1mol?L^-1=0.05mol?L^-1，c（H⁺）=c（OH^-）=1×10^-7 mol?L^-1（因?yàn)槭?5℃下且為中性），故混合后溶液中c（NH₃．H₂O）=

1

2

×amol?L^-1-0.05mol?L^-1=（0.5a-0.05）mol/L，NH₃?H₂O的電離常數(shù)K_b=

10-7×0.05

0.5a-0.05

mol/L=

10-8

a-0.1

mol/L，
故答案為：＞；

10-8

a-0.1

．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了熱化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、化學(xué)平衡的影響、離子濃度大小比較等知識(shí)，題目難度較大，試題涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性較強(qiáng)，充分考查了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握情況．