Question

合成氨技術的創(chuàng)立開辟了人工固氮的重要途徑，其研究來自正確的理論指導，合成氨反應的平衡常數(shù)K值和溫度的關系如下：

溫 度（℃）	360	440	520
K值	0.036	0.010	0.0038

（1）①寫出工業(yè)合成氨的化學方程式

 

．
②由上表數(shù)據(jù)可知該反應為放熱反應，理由是

 

．
③理論上，為了增大平衡時H₂的轉化率，可采取的措施是

 

．（填序號）
a．增大壓強  b．使用合適的催化劑c．升高溫度 d．及時分離出產物中的NH₃
（2）原料氣H₂可通過反應 CH₄（g）+H₂O （g）?CO（g）+3H₂（g） 獲取，已知該反應中，向容積固定為5L的容器中充入1mol水蒸氣和1mol CH₄，溫度、壓強對平衡混合氣CH₄含量的影響如圖所示：
①圖中，兩條曲線表示壓強的關系是：P₁

 

P₂（填“＞”、“=”或“＜”）．
該反應為

 

反應（填“吸熱”或“放熱”）．
②T℃時，反應達平衡后，測得CO的濃度為0.08mol?L^-1，則平衡時CH₄的轉化率為

 

，該溫度下反應的平衡常數(shù)K值為

 

．
③下列描述能夠說明體系處于平衡狀態(tài)的是

 

（填序號）．
a．容器內壓強不隨時間改變
b．混合氣體的密度不隨時間改變
c．單位時間內生成a mol CH₄的同時消耗a mol H₂
d．混合氣中n（CH₄）：n（H₂O）：n（CO）：n（H₂）=1：1：1：3．

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學平衡專題

分析：（1）①工業(yè)合成氨是氮氣和氫氣在催化劑作用下高溫高壓反應生成氨氣；
②依據(jù)圖標數(shù)據(jù)分析，平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進行說明反應是放熱反應
③為了增大平衡時H₂的轉化率，平衡正向進行分析選項；
（2）①依據(jù)圖象變化分析，相同溫度下，CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g），反應是氣體體積增大的反應，壓強越大，平衡逆向進行，甲烷平衡含量越高；
②壓強一定，溫度升高，甲烷平衡含量減小，平衡正向進行，依據(jù)平衡移動原理分析判斷；
（3）①依據(jù)化學平衡三段式列式計算平衡濃度，結合平衡常數(shù)概念計算得到；
②化學平衡狀態(tài)，反應的正逆反應速率相同，各成分含量保持不變分析選項．

解答： 解：（1）①合成氨的化學方程式為N₂+3H₂

催化劑   .

高溫高壓

2NH₃，故答案為：N₂+3H₂

催化劑   .

高溫高壓

2NH₃；
②圖表中平衡常數(shù)隨溫度升高減小，說明平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，正向是放熱反應，故答案為：隨溫度升高，反應的平衡常數(shù)K減��；
③反應是N₂+3H₂

催化劑   .

高溫高壓

2NH₃，反應是氣體體積減小的放熱反應，為了增大平衡時H₂的轉化率，平衡正向進行分析，
a．增大壓強，平衡正向進行，氫氣轉化率增大，故a符合；
b．使用合適的催化劑，改變反應速率，不能改變平衡，氫氣轉化率不變，故b不符合；
c．升高溫度平衡逆向進行，氫氣轉化率減小，故c不符合；
d．及時分離出產物中的NH₃，平衡正向進行，氫氣轉化率增大，故d符合；
故答案為：ad；
（2）①依據(jù)圖象變化分析，相同溫度下，CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g），反應是氣體體積增大的反應，壓強越大，平衡逆向進行，甲烷平衡含量越高，所以P₂＞P₁；壓強一定，溫度升高，甲烷平衡含量減小，平衡正向進行，正反應為吸熱反應；故答案為：＜；吸熱；
②向容積固定為5L的容器中充入1mol水蒸氣和1mol CO，反應達平衡后，測得CO的濃度為0.08mol?L^-1，
               CH₄（g）+H₂O （g）?CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol/L） 0.2      0.2       0        0
變化量（mol/L） 0.08     0.08     0.08     0.08
平衡量（mol/L） 0.12     0.12     0.108    0.08
平衡時CH₄的轉化率=

0.08mol/L

0.2mol/L

×100%=40%
則該溫度下反應的平衡常數(shù)K=

0.08×0.08

0.12×0.12

=0.038
故答案為：40%；0.038；
③化學平衡狀態(tài)，反應的正逆反應速率相同，各成分含量保持不變分析選項，CH₄（g）+H₂O （g）?CO（g）+3H₂（g），反應后氣體體積增大；
a．正反應氣體體積增大，容器內壓強不隨時間改變，能說明反應達到平衡狀態(tài)，故a符合；
b．混合氣體質量守恒，容器體積不變，反應過程中和平衡狀態(tài)下，混合氣體的密度不隨時間改變，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故b不符合；
c．單位時間內生成amolCH₄的同時消耗amolH₂，都是逆反應速率，且不符合化學計量數(shù)之比，不能說明正逆反應速率相同，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故c不符合；
d．混合氣中各組分物質的量之比決定于反應開始時加入的多少，故d不符合；
故答案為：a．

點評：本題考查了化學平衡影響因素，平衡標志分析，平衡常數(shù)的計算應用，主要是圖象分析判斷，平衡移動原理的理解應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．