Question

【題目】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由上表數(shù)據可知該反應為______ (填“放熱”，“吸熱”，“無法確定”)反應。

②下列措施能用勒夏特列原理解釋是__________。（填序號）

A．增大壓強有利于合成氨

B．使用合適的催化劑有利于快速生成氨

C．生產中需要升高溫度至500Ｃ左右

D．需要使用過量的N2，提高H2轉化率

（2）常溫時，將amol氨氣溶于水后，再通入bmol氯化氫，溶液體積為1L，且c(NH4+)=c(Cl)，則一水合氨的電離平衡常數(shù)Kb＝_______________。(用ab表示)

（3）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，當初始混合氣中的 恒定時，溫度、壓強對平衡混合氣CH4含量的影響如圖所示：

①圖中，兩條曲線所表示壓強的關系是：P1__________P2（填“＞”、“=”或“＜”）。

②其它條件一定，升高溫度，氫氣的產率會__________。（填“增大”，“減小”，“不變”）

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

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

②保持溫度仍為T ℃，容積體積為5L，改變水蒸氣和CO的初始物質的量之比，充入容器進行反應，下列描述能夠說明體系處于平衡狀態(tài)的_____（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 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

【答案】放熱 A D （b ×10－7）/( a- b) ＜ 增大 2.25 C D

【解析】

(1)①根據平衡常數(shù)隨溫度的變化分析判斷；②根據勒夏特列原理，改變影響平衡的條件之一，平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動，否則勒夏特列原理不適用；

(2)根據電荷守恒結合c(NH4+)=c(Cl-)，計算溶液中的氫氧根離子濃度，根據氯離子濃度計算c(NH4+)，再利用物料守恒計算溶液中c(NH3·H2O)，最后計算NH3H2O的電離常數(shù)；

(3)依據圖象采用定一議二的方法分析解答；

(4)①依據化學平衡三段式列式計算；②根據化學平衡狀態(tài)的特征分析判斷。

(1)①圖表中平衡常數(shù)隨溫度升高減小，說明升高溫度，平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，正向是放熱反應，故答案為：放熱；

②A．增大壓強，合成氨反應向著氣體的系數(shù)和減小的方向進行，有利于合成氨，可以用平衡移動原理解釋，故A正確；B．使用合適的催化劑只能加快反應速率，但是不會引起平衡的移動，不可以用平衡移動原理解釋，故B錯誤；C．合成氨反應是放熱的，升高溫度，反應逆向移動，生產中需要升高溫度至500°C左右是為了加快反應速率，提高催化活性，不可以用平衡移動原理解釋，故C錯誤；D．使用過量的N2，合成氨反應正向移動，可以提高H2轉化率，可以用平衡移動原理解釋，故D正確；故選AD；

(2)常溫時，將amol氨氣溶于水后，再通入bmol氯化氫，溶液體積為1L，根據電荷守恒c(NH4+)+ c(H+)=c(Cl-)+ c(OH-)，溶液中c(NH4+)=c(Cl-)，故溶液中c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L，溶液中c(NH4+)=c(Cl-)=bmolL-1，故混合后溶液中c(NH3·H2O)=amolL-1-bmolL-1=(a-b)mol/L，NH3H2O的電離常數(shù)Kb= ，故答案為：；

(3)①依據圖象變化，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，增大壓強，平衡逆向進行，甲烷平衡含量增大，所以P1＜P2，故答案為：＜；

②壓強一定，升高溫度，甲烷平衡含量減小，說明平衡正向移動，正反應為吸熱反應，因此，其它條件一定，升高溫度，平衡正向移動，氫氣的產率會增大，故答案為：增大；

(4)①依據化學平衡三段式列式計算平衡濃度，℃時，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0.08molL-1，

CO(g)+H2O(g)CO2 (g)+H2(g)

起始量(mol/L) 0.2 0.2 0 0

變化量(mol/L) 0.12 0.12 0.12 0.12

平衡量(mol/L) 0.08 0.08 0.12 0.12

則該溫度下反應的平衡常數(shù)K==2.25，故答案為：2.25；

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，CO(g)+H2O(g)═CO2 (g)+H2(g)，反應是氣體體積不變反應。A．反應過程中和平衡狀態(tài)下壓強相同，容器內壓強不隨時間改變，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故A不符合；B．混合氣體質量守恒，反應前后氣體體積不變，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amolCO2的同時消耗amolH2，說明二氧化碳或氫氣的正逆反應速率相同，說明反應達到平衡狀態(tài)，故C符合；D．混合氣中n(CO) : n(H2O) : n(CO2) : n(H2) = 1 : 16 : 6 : 6，依據反應前后氣體物質的量相同，可以利用物質的量代替濃度計算濃度商和平衡常數(shù)比較，Qc==2.25=K，說明反應達到平衡狀態(tài)，故D符合；故答案為：CD。