Question

合成氨工業(yè)的原料氣H₂，可用天然氣制取，其生產(chǎn)流程如圖：

（1）寫出反應(yīng)I的反應(yīng)方程式：

 

該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為：

 

；
（2）轉(zhuǎn)化爐中反應(yīng)為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），其平衡常數(shù)與溫度關(guān)系如表：

溫度	400℃	500℃	800℃	1000℃
平衡常數(shù)	10	9	1	0.5

該反應(yīng)為：

 

反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）．
（3）合成氨反應(yīng)原理為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4KJ/mol
回答下列問題：
①工業(yè)合成氨原料氮氣制備方法是

 

；
②在一定溫度下，將1molN₂和3molH₂充入一容積不變的密閉容時器中進行合成反應(yīng)，達到平衡時，容器的壓強為起始的

4

5

，平衡狀態(tài)記為S₀，則平衡時容器內(nèi)NH₃的體積分?jǐn)?shù)為

 

；若保持溫度不變，開始時向容器加入a mol N₂，b mol H₂，c mol NH₃，要使反應(yīng)始終向逆反應(yīng)方向進行，且達到平衡后向各物質(zhì)的理與原平衡S₀完全相同，則起始時c的取值范圍應(yīng)是

 

．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的調(diào)控作用,合成氨條件的選擇,化學(xué)平衡的計算

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）高溫條件下，甲烷與水蒸氣反應(yīng)生成CO和氫氣；根據(jù)方程式和平衡常數(shù)的概念書寫；
（2）隨著溫度升高K減小，根據(jù)K的變化與平衡移動分析；
（3）①氮氣來源于空氣，根據(jù)空氣中各氣體沸點的不同來分離得到氮氣；
②依據(jù)化學(xué)平衡的三段式列式計算出生成的氨氣的物質(zhì)的量，再求出體積分?jǐn)?shù)；從等效平衡的角度分析，要使平衡狀態(tài)與原平衡狀態(tài)等效，平衡時與原平衡的物質(zhì)的量相同，并以此判斷平衡向逆反應(yīng)方向進行c的取值范圍．

解答： 解：（1）高溫條件下，甲烷與水蒸氣反應(yīng)生成CO和氫氣，其反應(yīng)的方程式為：CH₄+H₂O

高溫  .

CO+3H₂；已知反應(yīng)的方程式CH₄+H₂O（g）

高溫  .

CO+3H₂CH₄+H₂O則平衡常數(shù)K=

c(CO)?c3(H2)

c(CH4)?c(H2O)

；
故答案為：CH₄+H₂O

高溫  .

CO+3H₂；K=

c(CO)?c3(H2)

c(CH4)?c(H2O)

；
（2）隨著溫度升高K減小，說明平衡逆向移動，則逆方向為吸熱反應(yīng)，則正方向為放熱反應(yīng)；
故答案為：放熱；
（3）①氮氣來源于空氣，根據(jù)空氣中各氣體沸點的不同來分離得到氮氣，所以采用分離液態(tài)空氣的方法獲得氮氣；故答案為：分離液態(tài)空氣；
②依據(jù)化學(xué)平衡的三段式列式計算，設(shè)轉(zhuǎn)化的氮氣為xmol，
              N₂ +3H₂=2NH₃
起始量（mol） 1   3      0
變化量（mol） x   3x     2x
平衡量（mol）1-x  3-3x   2x
達到平衡時，容器的壓強為起始的

4

5

，則平衡時總物質(zhì)的量為起始的

4

5

，所以

1-x+3-3x+2x

1+3

=

4

5

，解得x=0.4；
則平衡時容器內(nèi)NH₃的體積分?jǐn)?shù)為

0.4×2mol

(4-0.4×2)mol

×100%=25%；
若需讓反應(yīng)逆向進行，由上述所求出的平衡時NH₃的物質(zhì)的量為0.8mol可知，NH₃的物質(zhì)的量必須大于0.8mol，最大值則為1molN₂和3molH₂完全反應(yīng)時產(chǎn)生的NH₃的物質(zhì)的量，即為2mol，則0.8＜c≤2．
故答案為：0.8＜c≤2．

點評：本題考查了合成氨、化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用、化學(xué)平衡移動的計算和判斷，本題難度中等，注意等效平衡的理解和三段式在化學(xué)平衡計算中的應(yīng)用．