Question

合成氨對化學(xué)工業(yè)和國防工業(yè)具有重要意義．
（1）向合成塔中按物質(zhì)的量之比l：4充入N₂、H₂進(jìn)行氨的合成，圖A為T℃時平衡混合物中氨氣的體積分?jǐn)?shù)與壓強(qiáng)（p）的關(guān)系圖．

①圖A中氨氣的體積分?jǐn)?shù)為15%時，H₂的轉(zhuǎn)化率為

24.46%

．
②圖B中T=450℃，則溫度為500℃時對應(yīng)的曲線是

a

（填“a”或“b”）．
（2）合成氨所需的氫氣可由甲烷與水反應(yīng)制得，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0，一定溫度下，在體積為2L的恒容容器中發(fā)生上述反應(yīng)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量變化如表：

時間/min	CH4（mol）	H2O（mol）	CO（mol）	H2（mol）
0	0.40	1.00	0	0
5	x1	0.80	x2	0.60
7	0.20	y1	0.20	y2
10	0.21	0.81	0.19	0.64

①分析表中數(shù)據(jù)，判斷5min時反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)？

是

（填“是”或“否”），前5min反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v（CH₄）=

0.02mol?L^-1?min^-1

．
②該溫度下，上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

0.0675

．
③反應(yīng)在7～10min內(nèi)，CO的物質(zhì)的量減少的原因可能是

d

（填字母）．
a．減少CH₄的物質(zhì)的量        b．降低溫度          c．升高溫度             d．充入H₂
④若第7分鐘時將容器壓縮至1L，請?jiān)趫DC所示坐標(biāo)系中畫出從第7分鐘到第11分鐘建立新平衡時甲烷濃度隨時間的變化曲線．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)三段法計(jì)算來確定物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率；
②降低溫度，化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動；
④從生產(chǎn)實(shí)際考慮增大壓強(qiáng)對設(shè)備的損耗情況；
（2）①化學(xué)平衡狀態(tài)時各組分的濃度不再隨時間的改變而改變，根據(jù)v=

△c

△t

來計(jì)算反應(yīng)的速率；
②先求出平衡時各物質(zhì)的濃度，然后根據(jù)平衡常數(shù)K等于生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比來解答；
③根據(jù)影響化學(xué)平衡移動的因素來分析；
④第7分鐘末將容器的體積縮至1L，瞬間甲烷的濃度變?yōu)樵瓉淼?倍，壓強(qiáng)增大，平衡向逆反應(yīng)移動，甲烷濃度增大，但不可能完全轉(zhuǎn)化，小于0.4mol/L，最終達(dá)到新的平衡，據(jù)此作圖．

解答：解：（1）①設(shè)N₂的轉(zhuǎn)化率為x，
       N₂ +3H₂

催化劑

高溫高壓

   2NH₃
初始：1        4            0
變化：x        3x          2x 
平衡：1-x   4-3x         2x
氨氣的體積分?jǐn)?shù)為15.00%時，則

2x

2x+1-x+4-3x

×100%=15%
解得x=0.33，所以氫氣的轉(zhuǎn)化率=

0.33×3

4

×100%≈24.45%，故答案為：24.45%；
②對于反應(yīng) N₂+3H₂

催化劑

高溫高壓

2NH₃，△H＜0，當(dāng)溫度升高時，化學(xué)平衡向吸熱熱反應(yīng)方向移動，即逆反應(yīng)移動，所以氨氣的體積分?jǐn)?shù)減少，對應(yīng)的曲線是a，
故答案為：a；
（2）①根據(jù)CO和H₂的物質(zhì)的量的變化情況可以判斷，5?7min之間反應(yīng)是處于平衡狀態(tài)，所以5min時反應(yīng)是處于平衡狀態(tài)；
前5min平均反應(yīng)速率v（CH₄）=

△c

△t

=

0.4mol-0.2mol 2L

5min

=0.02mol/L?min^-1；
故答案為：是；0.02mol?min^-1；
②CH₄（g）+H₂O?CO（g）+3H₂（g）
起始（mol/L）  0.20      0.50       0       0
反應(yīng)（mol/L）   0.10     0.10      0.10    0.30
平衡（mol/L）   0.10     0.40      0.10    0.30
該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

0.303×0.10

0.10×0.40

=0.0675，
故答案為：0.0675；
③反應(yīng)在7～10min之間，CO的物質(zhì)的量減少，加入氫氣能讓平衡逆向移動，減少一氧化碳的濃度，故答案為：d；
④第7分鐘末將容器的體積縮至1L，瞬間甲烷的濃度變?yōu)樵瓉淼?倍，壓強(qiáng)增大，平衡向逆反應(yīng)移動，甲烷濃度增大，但不可能完全轉(zhuǎn)化，小于0.4mol/L，最終達(dá)到新的平衡，圖為：，故答案為：；

點(diǎn)評：本題主要考查了反應(yīng)速率、平衡常數(shù)的計(jì)算、外界條件對化學(xué)平衡的影響，注意三段法在計(jì)算中的運(yùn)用．