Question

【題目】合成氨對化學(xué)工業(yè)和國防工業(yè)具有重要意義。

（1）根據(jù)圖1請寫出合成氨的熱化學(xué)方程式 (熱量用E1、E2或E3表示)

（2）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2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2中氨氣的體積分?jǐn)?shù)為15％時，H2的轉(zhuǎn)化率為 。

②圖3中T=450℃，則溫度為500℃時對應(yīng)的曲線是 (填“a”或“b”)。

（3）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2 L的恒容容器中發(fā)生上述反應(yīng)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量變化如下表：

①分析表中數(shù)據(jù)，判斷5 min時反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)? (填“是”或“否”)，前5 min反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v(CH4) = 。

②在相同實驗條件下，若改為加入CH4 0.1mol，若要求平衡后H2在反應(yīng)混合氣中質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變，則還需加入的物質(zhì)及其物質(zhì)的量為

③反應(yīng)在7~10 min內(nèi)，CO的物質(zhì)的量減少的原因可能是 (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下列方法中可以證明上述已達(dá)平衡狀態(tài)的是

a.單位時間內(nèi)生成3n mol H2的同時生成n mol CO

b.容器內(nèi)壓強(qiáng)不再變化

c.混合氣體密度不再變化

d.混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化

e.CH4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再變化

⑤已知碳的氣化反應(yīng)在不同溫度下平衡常數(shù)的對數(shù)值（lgK）如下表:

則反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在900K時，該反應(yīng)平衡常數(shù)的對數(shù)值（lgK）=_________.

Answer 1

【答案】（1）N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-2(E3-E1)KJ.mol－1

（2）①24.46% ②a

（3）①是；0.02mol·L-1·min-1；

②CO 0.3mol H2 0.9mol H2O 0.7mol

③d ④bde ⑤ 0.36

【解析】

試題分析：（1）化學(xué)反應(yīng)的焓變等于反應(yīng)物的活化能減去生成物的活化能，根據(jù)圖1信息寫出合成氨的熱化學(xué)方程式為N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-2(E3-E1)KJ.mol－1 。

（2）①利用三段式分析。設(shè)參加反應(yīng)的N2的物質(zhì)的量為x，

N2+3H22NH3

起始（mol）：1 4 0

變化（mol）：x 3x 2x

平衡（mol）：1-x 4-3x 2x

氨氣的體積分?jǐn)?shù)為15.00%時，則2x/(5-2x) =15%，解得x=0.33（mol），所以氫氣的轉(zhuǎn)化率=（0.33×3）/4×100%=24.45%.

②合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，氨氣的體積分?jǐn)?shù)減小，對應(yīng)的曲線是a。

（3）①分析表中數(shù)據(jù)，5min時x1=x2=0.20mol，7min時CH4的量沒有改變，說明5min時已達(dá)到平衡狀態(tài)；v(CH4)=0.2mol÷2L÷5min=0.02 mol·L-1·min-1。

②根據(jù)恒溫恒容容器中等量等效分析判斷。起始加入0.40molCH4、1.00molH2O與起始加入0.1molCH4、0.7molH2O、0.3molCO和0.9molH2的物質(zhì)的量相當(dāng)，會達(dá)到同一平衡狀態(tài)，平衡后H2在反應(yīng)混合氣中質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變，則還需加入的物質(zhì)及其物質(zhì)的量為CO 0.3mol、H2 0.9mol、H2O 0.7mol。

③分析表中數(shù)據(jù)知反應(yīng)在7~10 min內(nèi)，H2的物質(zhì)的量增加、CO的物質(zhì)的量減少，甲烷的物質(zhì)的量增加，則是通過增加H2的物質(zhì)的量使平衡逆向移動，選d。

④a .單位時間內(nèi)生成3n mol H2的同時生成n mol CO ，二者均為正反應(yīng)速率，不能說明正逆反應(yīng)速率相等，不能說明已達(dá)到平衡狀態(tài)，錯誤；b. 該反應(yīng)正向為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，容器內(nèi)壓強(qiáng)逐漸增大，當(dāng)容器內(nèi)壓強(qiáng)不再變化時反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；c.根據(jù)質(zhì)量守恒定律知容器內(nèi)氣體質(zhì)量不變，容器的體積不變，容器內(nèi)混合氣體的密度始終保持不變，混合氣體密度不再變化不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，錯誤；d.隨著反應(yīng)的進(jìn)行容器內(nèi)氣體的質(zhì)量不變，氣體的物質(zhì)的量逐漸增大，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量逐漸減小，當(dāng)平均相對分子質(zhì)量不再變化說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；e. CH4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再變化，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正確；選bde。

⑤已知：①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的平衡常數(shù)K1=c(CO)c(H2)/c(H2O)，

②C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)的平衡常數(shù)K2=c(CO2)c2(H2)/c2(H2O)，

反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常數(shù)K= c(CO2)c(H2)/c (H2O)=K2/K1，在900K時，該反應(yīng)平衡常數(shù)的對數(shù)值（lgK）=lgK2-lgK1=(-0.03)-(-0.39)=0.36。