Question

(14分)合成氨技術(shù)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(dǎo)，合成氨反應(yīng)N2+3H22NH3的平衡常數(shù)K值和溫度的關(guān)系如下：

溫度/℃	360	440	520
K值	0.036	0.010	0.0038

（1）①由表中數(shù)據(jù)可知該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，理由是________________。

②理論上，為了增大平衡時H2的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是______________(填字母序號)。

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(chǎn)物中的NH3

（2）原料氣H2可通過反應(yīng)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)獲取，已知該反應(yīng)中，當初始混合氣中的恒定時，溫度、壓強對平衡混合氣中CH4含量的影響如圖所示：

①圖中，兩條曲線表示壓強的關(guān)系是p1________p2(填“>”、“＝”或“<”)。

②該反應(yīng)為________反應(yīng)(填“吸熱”或“放熱”)。

（3）原料氣H2還可通過反應(yīng)CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2 (g)獲取。

①T ℃時，向容積固定為5 L的容器中充入1 mol水蒸氣和1 mol CO，反應(yīng)達平衡后，測得CO的濃度為0.08 mol·L－1，則平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為________該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K值為________。

②保持溫度仍為T ℃，改變水蒸氣和CO的初始物質(zhì)的量之比，充入容積固定為5 L的容器中進行反應(yīng)，下列描述能夠說明體系處于平衡狀態(tài)的是____________(填字母序號)。

a．容器內(nèi)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(nèi)生成a mol CO2的同時消耗a mol H2

d．混合氣中n(CO):n(H2O):n(CO2):n(H2)＝1:16:6:6

 

Answer 1

25、（1）①隨溫度升高，反應(yīng)的平衡常數(shù)K值減小 ② a d

① < ② 吸熱 （3）①60% 2.25 ② c d

【解析】

試題分析：（1）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，隨著溫度的升高，平衡常數(shù)K減小。這說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，因此正方應(yīng)是放熱反應(yīng)；②根據(jù)方程式可知，該反應(yīng)是體積減小的、放熱的可逆反應(yīng)。a、增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，a正確；b、催化劑只能改變反應(yīng)速率，而不能改變平衡狀態(tài)，因此使用合適的催化劑不能提高氫氣的轉(zhuǎn)化率，b不正確；c、正方應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動 ，氫氣的轉(zhuǎn)化率降低，c不正確；d、及時分離出產(chǎn)物中的NH3，降低生成物氨氣的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，d正確，選ad；

（2）①根據(jù)反應(yīng) CH4(g)+H2O (g)CO(g)+3H2(g) 可知，該反應(yīng)是體積增大的可逆反應(yīng)，因此增大越強，平衡向逆反應(yīng)方向移動，甲烷的含量增大。所以根據(jù)圖像可知，在溫度相同的條件下，p1表示的甲烷含量低，這說明越強是P1小于P2；②根據(jù)圖像可知，在越強相同的條件下，隨著溫度的升高，甲烷的含量降低。這說明升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動，因此該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。

（3）① CO(g)+H2O(g)CO2 (g)+H2(g)

起始濃度（mol/L） 0.2 0.2 0 0

轉(zhuǎn)化濃度（mol/L） 0.12 0.12 0.12 0.12

平衡濃度（mol/L） 0.08 0.08 0.12 0.12

所以平衡時CO的轉(zhuǎn)化率＝(0.12/0.2)×100%＝60%

化學(xué)平衡常數(shù)是在一定條件下，當可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，生成物濃度的冪之積和反應(yīng)物濃度的冪之積的比值，所以該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K＝(0.12×0.12)/ (0.08×0.08)＝9/4=2.25。

②在一定條件下，當可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時（但不為0），反應(yīng)體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學(xué)平衡狀態(tài)，據(jù)此可以判斷。a、反應(yīng)前后體積不變，因此越強始終是不變的，則容器內(nèi)壓強不隨時間改變不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，a不正確；b、密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應(yīng)過程中質(zhì)量和容積始終是不變的，即密度始終是不變的，所以混合氣體的密度不隨時間改變不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，b不正確；c、單位時間內(nèi)生成a mol CO2的同時消耗a mol H2，由于單位時間內(nèi)生成a mol CO2的同時還生成amol氫氣，這說明正逆反應(yīng)速率相等，可以說明達到平衡狀態(tài)，c正確；d、由于反應(yīng)前后體積不變，則可以用物質(zhì)的量代替濃度，即如果混合氣中n (CO) : n (H2O) : n (CO2) : n (H2)＝1 : 16 : 6 : 6，則此時=＝，因此恰好是平衡狀態(tài)，d正確，答案選cd。

考點：考查外界條件對平衡狀態(tài)的影響；平衡常數(shù)的計算、平衡狀態(tài)的判斷以及圖像分析與應(yīng)用。