Question

氮元素及其化合物在國防科學技術生產中有重要應用．
（1）寫出實驗室制NH₃的化學反應方程式

 

．
（2）工業合成氨的原料是氮氣和氫氣．氮氣是從空氣中分離出來的，氫氣的來源是水和碳氫化合物，寫出以天然氣為原料制取氫氣的化學反應方程式

 

．
（3）在合成氨的原料氣制備過程中混有CO對催化劑有毒害作用，欲除去原料氣中的CO，可通過如下反應來實現：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0，反應達到平衡后，為提高CO的轉化率，可采取的措施有

 

，已知1000K時該反應的平衡常數K=0.627，若要使CO的轉化率超過90%，則起始物中，c（H₂O）﹕c（CO）不低于

 

，

（4）在容積為2L容器中發生反應CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），已知c（CO）與反應時間t變化曲線Ⅰ，若在t₀時刻將容器的體積擴大至4L，請在圖1中繪出c（CO）與反應時間t變化曲線Ⅱ．
（5）工業上尿素CO（NH₂）₂由CO₂和NH₃在一定條件下合成，其化學反應方程式為

 

．
（6）合成尿素，當氨碳比

n(NH3)

n(CO2)

=4，CO₂的轉化率隨時間的變化關系如圖2所示．
①A點的逆反應速率v_逆（CO₂）

 

B點的正反應速率為v_正（CO₂）（填“＞”、“＜”或“=”）．
②NH₃的平衡轉化率為

 

．

Answer 1

分析：（1）堿與鹽反應生成新堿和新鹽，堿和銨鹽生成氨氣； 
（2）根據質量守恒進行解答；
（3）提高CO的轉化率可以使平衡正向進行，根據化學平衡移動原理來回答判斷；根據平衡常數用三段式法計算；
（4）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），是一反應前后氣體體積不變的反應，當把2L容器中t₀時c（CO）=2.0mol/L，在t₀時刻將容器的體積擴大至4L，此時c（CO）=1.0mol/L，平衡不移動，各濃度未原平衡時的

1

2

；
（5）CO₂和NH₃合成CO（NH₂）₂，根據元素守恒可知，同時還有H₂O生成，配平書寫方程式；
（6）①由CO₂的轉化率隨時間變化圖可知在A點時反應還未達到平衡狀態，反應仍將繼續正向進行；
②設CO₂的初始物質的量為a，則NH₃的初始物質的量為4a，由圖可知，CO₂的轉化率為60%，故轉化的二氧化碳為0.6a，根據方程式計算轉化的NH₃的物質的量，再根據轉化率定義計算．

解答：解：（1）實驗室用氯化銨和堿石灰反應制取氨氣，反應為：Ca（OH）₂+2NH₄Cl

△   .

2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O，
故答案為：Ca（OH）₂+2NH₄Cl

△   .

2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O；
（2）甲烷在高溫、催化劑的作用下與水蒸氣反應；生成氫氣和一氧化碳或二氧化碳，根據質量守恒，即可得出CH₄+H₂O

催化劑 .

△

CO+3H₂ （或CH₄+2H₂O

催化劑

加熱

CO₂+4H₂），
故答案為：CH₄+H₂O

催化劑 .

△

CO+3H₂ （或CH₄+2H₂O

催化劑

加熱

CO₂+4H₂）；
（3）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0表明正反應為放熱反應，降低溫度，化學平衡向著放熱方向即正向進行，或吸收除去二氧化碳化學平衡正向移動，
設CO的起始濃度為xmol，H₂O的起始濃度為ymol，則轉化的CO的最小值為0.9x，
    CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始 x      y         0       0
變化 0.9x   0.9x     0.9x    0.9x
平衡 0.1x  y-0.9x    0.9x    0.9x
根據平衡常數列式：

(0.9x)2

0.1x×(y-0.9x)

=0.627，
解得：

y

X

=13.8．故此只要此值大于13.8，轉化率就會超過90%．
故答案為：適當降低溫度或吸收除去二氧化碳；13.8；
（4）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），是一反應前后氣體體積不變的反應，當把2L容器中t₀時c（CO）=2.0mol/L，在t₀時刻將容器的體積擴大至4L，此時c（CO）=1.0mol/L，平衡不移動，各濃度未原平衡時的

1

2

，c（CO）與反應時間t變化曲線為：，
故答案為：；

（5）CO₂和NH₃合成CO（NH₂）₂，根據元素守恒可知，同時還有H₂O生成，化學方程式為：2NH₃+CO₂

一定條件  .

CO（NH₂）₂+H₂O，
故答案為：故答案為：2NH₃+CO₂

一定條件  .

CO（NH₂）₂+H₂O；
（6））①由CO₂的轉化率隨時間變化圖可知在A點時反應還未達到平衡狀態，反應仍將繼續正向進行，故v_逆（CO₂）小于B點平衡時的化學反應速率，
故答案為：＜；
②設CO₂的初始物質的量為a，則NH₃的初始物質的量為4a，由圖可知，CO₂的轉化率為60%，故轉化的二氧化碳為a×60%=0.6a，根據方程式可知，轉化的NH₃的物質的量為0.6a×2=1.2a，故平衡時氨氣的轉化率定為

1.2a

4a

×100%=30%，
故答案為：30%．

點評：本題較為綜合，從多個角度考查外界條件對化學平衡的影響、化學平衡圖象、化學平衡計算等，側重考查化學平衡移動在化學工藝中的應用以及化學平衡計算，題目難度中等．