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）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A為T℃時(shí)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A中氨氣的體積分?jǐn)?shù)為15％時(shí)，H2的轉(zhuǎn)化率為_______。

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

（2）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(shí)反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)？_____（填“是”或“否”）。

②該溫度下，上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_____________________。

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反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是___________。

a．單位時(shí)間內(nèi)生成3n mol H2的同時(shí)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：

氣化反應(yīng)式	lgK
	700K	900K	1200K
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)	-2.64	-0.39	1.58
C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g)	-1.67	-0.03	1.44

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

（3）在容積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：mA(g)+nB(g)pC(g)，在一定溫度和不同壓強(qiáng)下達(dá)到平衡時(shí)，分別得到A的物質(zhì)的量濃度如下表:

壓強(qiáng)p/Pa	2×105	5×105	1×106
c（A）/molL-1	0.08	0.20	0.44

①當(dāng)壓強(qiáng)從2×105Pa增加到5×105Pa時(shí)，平衡______移動(dòng)（填“正向、逆向或不”）。

②當(dāng)壓強(qiáng)為1×106Pa時(shí)，此反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為______________。

Answer 1

【答案】 24.5% b 是 0.0675 d bde 0.36 不

【解析】(1)①設(shè)N2的轉(zhuǎn)化率為x，
N2 +3H2 2NH3
初始：140
變化：x3x　2x
平衡：1-x4-3x 2x
氨氣的體積分?jǐn)?shù)為15.00%時(shí)，則×100%=15%，解得x=0.33，所以氫氣的轉(zhuǎn)化率=×100%≈24.5%；
②對于反應(yīng) N2+3H22NH3，△H＜0，當(dāng)溫度降低時(shí)，化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)，即正反應(yīng)移動(dòng)，所以氨氣的體積分?jǐn)?shù)增大，對應(yīng)的曲線是b；
(2)①5min時(shí)H2O的變化物質(zhì)的量為1.00mol-0.8mol=0.2mol，此時(shí)生成的CO的物質(zhì)的是量為0.2mol，和7min時(shí)CO的物質(zhì)的量相等，則根據(jù)CO和H2的物質(zhì)的量的變化情況可以判斷，57min之間反應(yīng)是處于平衡狀態(tài)，所以5min時(shí)反應(yīng)是處于平衡狀態(tài)；

②該溫度下，

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

起始濃度為(mol/L) 0.2 0.5 0 0

變化濃度為(mol/L) 0.1 0.1 0.1 0.3

起始濃度為(mol/L) 0.1 0.4 0.10 0.3

此溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K===0.0675；

③反應(yīng)在7～10min之間，CO的物質(zhì)的量減少，加入氫氣能讓平衡逆向移動(dòng)，減少一氧化碳的濃度，故答案為d；

④a．隨反應(yīng)的進(jìn)行，單位時(shí)間內(nèi)生成3n mol H2的同時(shí)生成n mol CO，均為正反應(yīng)速率，故a錯(cuò)誤；b．反應(yīng)前后氣體總的物質(zhì)的量隨反應(yīng)的進(jìn)行，在不斷變化，當(dāng)平衡時(shí)，總物質(zhì)的量不變，此時(shí)容器內(nèi)壓強(qiáng)不再變化，則為平衡狀態(tài)，故b正確；c．混合氣體的質(zhì)量和氣體總體積始終不變，則密度始終不變，無法判斷是否為平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；d．混合氣體的總質(zhì)量始終不變，但氣體總物質(zhì)的量是不定值，則當(dāng)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化時(shí)，此時(shí)反應(yīng)為平衡狀態(tài)，故d正確；e．CH4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再變化，說明反應(yīng)處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，為平衡狀態(tài)，故e正確；答案為bde；

⑤已知：Ⅰ．C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)，令平衡常數(shù)為K1，
Ⅱ．C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g)，令平衡常數(shù)為K2，
則Ⅱ-Ⅰ可得：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，故該反應(yīng)平衡常數(shù)K=，故lgK=lgK2-lgK1=-0.03-(-0.39)=0.36；

(3)①由表格數(shù)據(jù)可知當(dāng)壓強(qiáng)從2×105Pa增大為5×105Pa時(shí)，壓強(qiáng)增大2.5倍，體積變?yōu)?/span>倍，濃度由0.08增大為0.20molL-1，也增大2.5倍，所以增大壓強(qiáng)平衡不移動(dòng)；

②由表格數(shù)據(jù)可知當(dāng)壓強(qiáng)從5×105Pa增大為1×106Pa時(shí)，壓強(qiáng)增大2倍，體積變?yōu)?/span>倍，濃度應(yīng)該由0.20增大為0.40molL-1，但是實(shí)際上A的濃度為0.44，說明平衡逆移，則反應(yīng)前氣體的物質(zhì)的量小于反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量，則反應(yīng)物B不在是氣態(tài)，所以此反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=。