Question

20．合成氨是人類科學(xué)技術(shù)上的一項(xiàng)重大突破，工業(yè)上以天然氣為原料合成氨．其生產(chǎn)
工藝如下：造氣階段→轉(zhuǎn)化階段→分離凈化→合成階段
（1）造氣階段的反應(yīng)為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1kJ/mol
①在一個(gè)密閉容器中進(jìn)行上述反應(yīng)，測(cè)得CH₄的物質(zhì)的量濃度隨反應(yīng)時(shí)間的變化如下圖1所示，10min時(shí)，改變的外界條件可能是升高溫度等．
②如圖2所示，在初始容積相等的甲、乙兩容器中分別充入等物質(zhì)的量的CH₄和H₂O．在相同溫度下發(fā)生反應(yīng)，并維持反應(yīng)過(guò)程中溫度不變．則達(dá)到平衡時(shí)，兩容器中CH₄的轉(zhuǎn)化率大小關(guān)系為：α_甲（CH₄）＜α_乙（CH₄）

（2）轉(zhuǎn)化階段發(fā)生的可逆反應(yīng)為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），在一定溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=1．某時(shí)刻測(cè)得該溫度下的密閉容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量見下表：

CO	H2O	CO2	H2
0.5mol	8.5mol	2.0mol	2.0mol

此時(shí)反應(yīng)中正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系式是a（填序號(hào)）．
a．v（正）＞v（逆）           b．v（正）＜v（逆）         c．v（正）=v（逆）        d．無(wú)法判斷
（3）合成氨反應(yīng)為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol
根據(jù)勒夏特列原理，簡(jiǎn)述提高合成氨原料轉(zhuǎn)化率的一種方法增大壓強(qiáng)或降低溫度或分離液氨．
（4）工業(yè)合成氨的熱化學(xué)方程式為N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol^-1．在某壓強(qiáng)恒定的密閉容器中加入2mol N₂和4mol H₂，達(dá)到平衡時(shí)，N₂的轉(zhuǎn)化率為50%，體積變?yōu)?0L．求：
①該條件下的平衡常數(shù)為400；
②若向該容器中加入a mol N₂、b mol H₂、c mol NH₃，且a、b、c 均大于0，在相同條件下達(dá)到平衡時(shí)，混合物中各組分的物質(zhì)的量與上述平衡相同．反應(yīng)放出的熱量＜（填“＞”“＜”或“=”）92.4kJ．
③在一定溫度下，在一個(gè)容積不變的密閉容器中，發(fā)生合成氨反應(yīng)，下列能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是cd
a．v（N₂）=3v（NH₃）                               b．混合氣體的密度不隨時(shí)間改變
c．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間改變     d．容器中的壓強(qiáng)不隨時(shí)間改變
e．c（N₂）=c（NH₃）

Answer 1

分析 （1）①10min時(shí)瞬間甲烷濃度不變，平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，可能是升高溫度，或移走生成物等；
②正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，乙為恒溫恒壓，甲為恒溫恒容，平衡時(shí)甲中壓強(qiáng)大于乙中壓強(qiáng)，乙中平衡等效再在甲中平衡基礎(chǔ)上降低移動(dòng)，平衡正向移動(dòng)；
（2）計(jì)算此時(shí)濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，進(jìn)而判斷v（正）、v（逆）相對(duì)大小；
（3）正反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，增大壓強(qiáng)或降低溫度或分離液氨均使平衡正向移動(dòng)，可以提高合成氨原料轉(zhuǎn)化率；
（4）①在某壓強(qiáng)恒定的密閉容器中加入2mol N₂和4mol H₂，達(dá)到平衡時(shí)，N₂的轉(zhuǎn)化率為50%，轉(zhuǎn)化的氮?dú)鉃?mol，則：
            N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：2       4         0
變化量（mol）：1       3         2
平衡量（mol）：1       1         2
容器體積變?yōu)?0L，再根據(jù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
②相同條件下達(dá)到平衡時(shí)，混合物中各組分的物質(zhì)的量與①中平衡相同，說(shuō)明兩平衡為完全等效平衡，①中轉(zhuǎn)化率比②中的高，①中參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量較②中的多；
③可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說(shuō)明到達(dá)平衡．

解答 解：（1）①10min時(shí)瞬間甲烷濃度不變，平衡正向移動(dòng)，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，可能是升高溫度，或移走生成物等，
故答案為：升高溫度等；
②正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，乙為恒溫恒壓，甲為恒溫恒容，平衡時(shí)甲中壓強(qiáng)大于乙中壓強(qiáng)，乙中平衡等效再在甲中平衡基礎(chǔ)上降低移動(dòng)，平衡正向移動(dòng)，故轉(zhuǎn)化率：α_甲（CH₄）＜α_乙（CH₄），
故答案為：＜；
（2）反應(yīng)氣體氣體體積相等，可以用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算濃度商，則此時(shí)濃度商Qc=$\frac{2×2}{0.5×8.5}$=$\frac{2×2}{0.5×0.85}$=0.94＜K=1，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，則v（正）＞v（逆），
故選：a；
（3）正反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，增大壓強(qiáng)或降低溫度或分離液氨均使平衡正向移動(dòng)，可以提高合成氨原料轉(zhuǎn)化率，
故答案為：增大壓強(qiáng)或降低溫度或分離液氨；
（4）①在某壓強(qiáng)恒定的密閉容器中加入2mol N₂和4mol H₂，達(dá)到平衡時(shí)，N₂的轉(zhuǎn)化率為50%，轉(zhuǎn)化的氮?dú)鉃?mol，則：
           N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）
起始量（mol）：2      4         0
變化量（mol）：1      3         2
平衡量（mol）：1      1         2
容器體積變?yōu)?0L，則平衡常數(shù)K=$\frac{{c}^{2}（N{H}_{3}）}{c（{N}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0．{2}^{2}}{0.1×0．{1}^{3}}$=400，
故答案為：400；
②．①中參加反應(yīng)的氮?dú)鉃?mol，放出熱量為92.4kJ，相同條件下達(dá)到平衡時(shí)，混合物中各組分的物質(zhì)的量與①中平衡相同，說(shuō)明兩平衡為完全等效平衡，①中轉(zhuǎn)化率比②中的高，①中參加反應(yīng)的氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量較②中的多，故②中放出的熱量＜92.4kJ，
故答案為：＜；
③a．v（N₂）=3v（NH₃），未指明正逆速率，若為2v_正（N₂）=v_逆（NH₃）時(shí)反應(yīng)到達(dá)平衡，故a錯(cuò)誤；
b．混合氣體總質(zhì)量不變，容器容積不變，混合氣體的密度為定值，故b錯(cuò)誤；
c．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體物質(zhì)的量減小，平衡相對(duì)分子質(zhì)量增大，當(dāng)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨時(shí)間改變，說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故c正確；
d．隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體總物質(zhì)的量減小，恒溫恒容下壓強(qiáng)減小，容器中的壓強(qiáng)不隨時(shí)間改變，說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故d正確；
e．平衡時(shí)N₂、NH₃的濃度關(guān)系與二氧化氮轉(zhuǎn)化率有關(guān)，平衡時(shí)不一定相等，故e錯(cuò)誤，
故選：cd．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、化學(xué)平衡圖象、平衡常數(shù)、平衡狀態(tài)判斷等，（3）中②注意對(duì)等效平衡規(guī)律的理解掌握，難度中等．