Question

【題目】氨在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用廣泛，可由N2、H2合成NH3。

（1）天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法是目前獲取原料氣中H2的主流方法。CH4經(jīng)過兩步反應完全轉(zhuǎn)化為H2和CO2，其能量變化示意圖如圖：

結(jié)合圖象，寫出CH4通過蒸汽轉(zhuǎn)化為CO2和H2的熱化學方程式：___。

（2）利用透氧膜，一步即獲得N2、H2，工作原理如圖所示(空氣中N2與O2的物質(zhì)的量之比按4∶1計)。

①起還原作用的物質(zhì)是___。

②膜Ⅰ側(cè)所得氣體中=2，CH4、H2O、O2反應的化學方程式是___。

（3）甲小組模擬工業(yè)合成氨在一恒溫恒容的密閉容器中發(fā)生反應：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。t1 min時達到平衡，在t2 min時改變某一條件，其反應過程如圖所示，下列說法正確的是___。

A.Ⅰ、Ⅱ兩過程達到平衡時，平衡常數(shù)：KⅠ<KⅡ

B.Ⅰ、Ⅱ兩過程達到平衡時，NH3的體積分數(shù)：φ(Ⅰ)<φ(Ⅱ)

C.Ⅰ、Ⅱ兩過程達到平衡的標志是混合氣體的密度不再發(fā)生變化

D.t2min時改變的條件可以是向密閉容器中加N2和H2的混合氣

（4）乙小組模擬不同條件下的合成氨反應，向容器中充入9.0molN2和23.0molH2，不同溫度下平衡混合物中氨氣的體積分數(shù)與總壓強(p)的關系如圖。

①T1、T2、T3由大到小的排序為___。

②在T2、60MPa條件下，A點v正___(填“>”“<”或“=”)v逆，理由是___。

③計算T2、60MPa平衡體系的平衡常數(shù)Kp=___MPa-2(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分數(shù)，保留2位有效數(shù)字)。

Answer 1

【答案】CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165.4 kJ·mol-1 CH4 10CH4+8H2O+O2=10CO+28H2 D T3>T2>T1 > T2、60MPa時A點未達到平衡時的體積分數(shù)，反應正向進行 0.043或0.0427(MPa)-2

【解析】

(1).結(jié)合圖象可知，第一步反應的熱化學方程式為①CH4(g)＋H2O(g)=CO(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋206.4 kJ·mol－1，第二步反應的熱化學方程式為②CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.0 kJ·mol－1，根據(jù)蓋斯定律，由①＋②得：CH4(g)＋2H2O(g)=CO2(g)＋4H2(g)　ΔH＝＋165.4 kJ·mol－1，故答案為：CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g) ΔH=+165.4 kJ·mol-1；

(2).①結(jié)合工作原理圖知，膜Ⅰ側(cè)反應物為空氣中的O2和H2O，得電子生成O2－和H2；膜Ⅱ側(cè)反應物為CH4和O2－，失去電子生成CO和H2，起還原作用的是CH4，故答案為：CH4；

②設膜Ⅰ側(cè)參加反應的空氣中的n(N2)＝4 mol、n(O2)＝1 mol，則膜Ⅰ側(cè)所得氣體中n(N2)＝4 mol、n(H2)＝8 mol，膜Ⅰ側(cè)的還原反應為O2＋4e－=2O2－和H2O＋2e－===H2↑＋O2－，則n(O2)反應＝1 mol，n(H2O)反應＝8 mol，膜Ⅱ側(cè)的氧化反應為CH4＋O2－－2e－=2H2＋CO，根據(jù)得失電子守恒，膜Ⅱ側(cè)n(CH4)反應＝10 mol，故CH4、H2O、O2反應的化學方程式為10CH4＋8H2O＋O2=10CO＋28H2；故答案為：10CH4+8H2O+O2=10CO+28H2；

(3).溫度不變，平衡常數(shù)K不變，A項錯誤；若t2 min時改變的條件是大量通入N2或H2，則平衡時NH3的體積分數(shù)：φ(Ⅱ)<φ(Ⅰ)，B項錯誤；容器恒容，且過程Ⅰ和Ⅱ中混合氣體的質(zhì)量不變，混合氣體的密度為固定值，C項錯誤；t2 min時改變條件，v逆瞬時不變后逐漸增大至不變，則平衡正向移動，所以改變的條件是向容器中加入反應物(可以是N2或H2或N2和H2的混合氣)，D項正確，故選D；

(4).①合成氨反應的正反應為放熱反應，溫度越高平衡時NH3的體積分數(shù)越小，所以T3>T2>T1；故答案為：T3>T2>T1；

②在T2、60 MPa條件下，A點時NH3的體積分數(shù)小于平衡時NH3的體積分數(shù)，此時反應正向進行，所以v正>v逆，故答案為：>；T2、60MPa時A點未達到平衡時的體積分數(shù)，反應正向進行；

③結(jié)合圖象知T2、60 MPa平衡時NH3的體積分數(shù)為60%，則平衡時φ(N2)＝15%，φ(H2)＝25%，Kp＝(60MPa×60%)2/[(60 MPa×15%)×(60 MPa×25%)3]≈0.043(MPa)－2，故答案為：0.043或0.0427(MPa)-2。