Question

10．合成氨工業(yè)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重要的意義．其原理為：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol  據(jù)此回答以下問題：
（1）合成氨工業(yè)采取的下列措施中，不能用勒沙特列原理解釋的是②③（填序號(hào)）．
①反應(yīng)壓強(qiáng)為20Mpa～50Mpa      
②500℃的高溫    
③鐵觸媒作催化劑
④將生成的氨液化并及時(shí)從體系中分離出來，未反應(yīng)的N₂、H₂循環(huán)到合成塔中．
（2）一定條件下NH₃的平衡體積分?jǐn)?shù)隨n（N₂）變化如圖所示（T-溫度）．
則T₂T₂＜T₁T₁（填＞、=、＜），判斷的依據(jù)是：合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，NH₃的體積分?jǐn)?shù)下降，所以T₂＜T₁．
（3）合成氨氣所需的氫氣可以由水煤氣分離得到．涉及反應(yīng)信息如下：
反應(yīng)一：C（s）+H₂O（g）?H₂（g）+CO（g） 　 平衡常數(shù)K₁
反應(yīng)二：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）  平衡常數(shù)K₂
①K₁的表達(dá)式：K₁=$\frac{c（H2）c（CO）}{c（H2O）}$．
②將一定量的H₂O（g）和CO（g）分別通入到體積為1L的密閉容器中，在不同條件下進(jìn)行反應(yīng)，得到以下三組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組別	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
		H2O	CO	H2	CO
1	650	1	2	0.8	1.2	5
2	900	0.5	1	0.2	0.8	3
3	T	a	b	c	d	t

（Ⅰ）實(shí)驗(yàn)1中，用CO₂表示反應(yīng)開始到平衡的平均反應(yīng)速率為0.16mol•L^-1•min^-1．
（Ⅱ）在實(shí)驗(yàn)3，當(dāng)a=0.5、b=1時(shí)，要使c、d數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)2相同，且t＜3，可以采取的措施為D（填序號(hào)） 
A．其它條件不變溫度T＜900℃
B．其它條件不變溫度T＞900℃
C．充入一定量氖氣                    
D．使用高效催化劑
（Ⅲ）對(duì)于反應(yīng)二，當(dāng)升高溫度時(shí)K₂減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）對(duì)于可逆反應(yīng)來說，改變條件能影響平衡移動(dòng)的就能用平衡移動(dòng)原理解釋，否則不能用平衡移動(dòng)原理解釋；
（2）該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，則氨氣體積分?jǐn)?shù)降低；
（3）①$\frac{c（H2）c（CO）}{c（H2O）}$；
（Ⅰ）實(shí)驗(yàn)1中，用CO表示反應(yīng)開始到平衡的平均反應(yīng)速率=$\frac{\frac{2-1.2}{1}}{5}$mol/（L．min）=0.16 mol•L^-1•min^-1，同一化學(xué)反應(yīng)中同一時(shí)間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比，據(jù)此計(jì)算二氧化碳反應(yīng)速率；
（II）從等效平衡的角度分析；
（Ⅲ）根據(jù)實(shí)驗(yàn)1、2，利用等效平衡判斷該反應(yīng)為放熱，然后根據(jù)溫度對(duì)平衡的影響．

解答 解：（1）①反應(yīng)壓強(qiáng)為20Mpa～50Mpa，增大壓強(qiáng)，平衡向著正向移動(dòng)，所以能夠用勒夏特列原理解釋，故①錯(cuò)誤；
②500℃的高溫，升高溫度平衡向著吸熱方向移動(dòng)，該反應(yīng)放熱，升高溫度，向著逆向移動(dòng)，不能夠用勒夏特列原理解釋，故②正確；
③鐵觸媒作催化劑，可以加快反應(yīng)速率，化學(xué)平衡不一定，所以③不能用勒夏特列原理解釋，故③正確；
④將生成的氨液化并及時(shí)從體系中分離出來，未反應(yīng)的N₂、H₂循環(huán)到合成塔中，減少生成物，平衡向著正向移動(dòng)，④能夠用勒夏特列原理解釋，故④錯(cuò)誤；
故選②③；
（2）由于合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，NH₃的體積分?jǐn)?shù)下降，所以T₁＞T₂，
故答案為：T₂＜T₁；合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，NH₃的體積分?jǐn)?shù)下降，所以T₁＞T₂；
（3）①C（s）+H₂O（g）?H₂（g）+CO（g）反應(yīng)中，C是固體，化學(xué)平衡常數(shù)K為$\frac{c（H2）c（CO）}{c（H2O）}$，故答案為：$\frac{c（H2）c（CO）}{c（H2O）}$；　　
（Ⅰ）實(shí)驗(yàn)1中，用CO表示反應(yīng)開始到平衡的平均反應(yīng)速率=$\frac{\frac{2-1.2}{1}}{5}$mol/（L．min）=0.16 mol•L^-1•min^-1，同一化學(xué)反應(yīng)中同一時(shí)間段內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比，所以v（CO₂）=0.16mol/（L•min），故答案為：0.16 mol•L^-1•min^-1； 
（Ⅱ）實(shí)驗(yàn)3要達(dá)到與實(shí)驗(yàn)2等效的平衡狀態(tài)，但到達(dá)平衡的時(shí)間短，故采取的措施要使得反應(yīng)速率快，但平衡不移動(dòng)，所以D正確，故選D；
（Ⅲ） 由實(shí)驗(yàn)1、2，利用等效平衡判斷該反應(yīng)為放熱，升高溫度，平衡向吸熱的方向移動(dòng)即逆向移動(dòng)，所以平衡常數(shù)減小，故答案為：減小．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較綜合，涉及平衡移動(dòng)原理、反應(yīng)速率的有關(guān)計(jì)算、等效平衡等知識(shí)點(diǎn)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查化學(xué)反應(yīng)原理，注意等效平衡特點(diǎn)，題目難度不大．