Question

10．合成氨工業對國民經濟和社會發展具有重要的意義．其原理為：
N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ/mol  據此回答以下問題：
（1）合成氨工業采取的下列措施中，不能用勒沙特列原理解釋的是②③（填序號）．
①反應壓強為20Mpa～50Mpa      
②500℃的高溫    
③鐵觸媒作催化劑
④將生成的氨液化并及時從體系中分離出來，未反應的N₂、H₂循環到合成塔中．
（2）一定條件下NH₃的平衡體積分數隨n（N₂）變化如圖所示（T-溫度）．
則T₂T₂＜T₁T₁（填＞、=、＜），判斷的依據是：合成氨反應是放熱反應，溫度升高，平衡向逆反應方向移動，NH₃的體積分數下降，所以T₂＜T₁．
（3）合成氨氣所需的氫氣可以由水煤氣分離得到．涉及反應信息如下：
反應一：C（s）+H₂O（g）?H₂（g）+CO（g） 　 平衡常數K₁
反應二：CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g）  平衡常數K₂
①K₁的表達式：K₁=$\frac{c（H2）c（CO）}{c（H2O）}$．
②將一定量的H₂O（g）和CO（g）分別通入到體積為1L的密閉容器中，在不同條件下進行反應，得到以下三組數據：

實驗組別	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所需時間/min
		H2O	CO	H2	CO
1	650	1	2	0.8	1.2	5
2	900	0.5	1	0.2	0.8	3
3	T	a	b	c	d	t

（Ⅰ）實驗1中，用CO₂表示反應開始到平衡的平均反應速率為0.16mol•L^-1•min^-1．
（Ⅱ）在實驗3，當a=0.5、b=1時，要使c、d數據與實驗2相同，且t＜3，可以采取的措施為D（填序號） 
A．其它條件不變溫度T＜900℃
B．其它條件不變溫度T＞900℃
C．充入一定量氖氣                    
D．使用高效催化劑
（Ⅲ）對于反應二，當升高溫度時K₂減小（填“增大”、“減小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）對于可逆反應來說，改變條件能影響平衡移動的就能用平衡移動原理解釋，否則不能用平衡移動原理解釋；
（2）該反應的正反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，則氨氣體積分數降低；
（3）①$\frac{c（H2）c（CO）}{c（H2O）}$；
（Ⅰ）實驗1中，用CO表示反應開始到平衡的平均反應速率=$\frac{\frac{2-1.2}{1}}{5}$mol/（L．min）=0.16 mol•L^-1•min^-1，同一化學反應中同一時間段內各物質的反應速率之比等于其計量數之比，據此計算二氧化碳反應速率；
（II）從等效平衡的角度分析；
（Ⅲ）根據實驗1、2，利用等效平衡判斷該反應為放熱，然后根據溫度對平衡的影響．

解答 解：（1）①反應壓強為20Mpa～50Mpa，增大壓強，平衡向著正向移動，所以能夠用勒夏特列原理解釋，故①錯誤；
②500℃的高溫，升高溫度平衡向著吸熱方向移動，該反應放熱，升高溫度，向著逆向移動，不能夠用勒夏特列原理解釋，故②正確；
③鐵觸媒作催化劑，可以加快反應速率，化學平衡不一定，所以③不能用勒夏特列原理解釋，故③正確；
④將生成的氨液化并及時從體系中分離出來，未反應的N₂、H₂循環到合成塔中，減少生成物，平衡向著正向移動，④能夠用勒夏特列原理解釋，故④錯誤；
故選②③；
（2）由于合成氨反應是放熱反應，溫度升高，平衡向逆反應方向移動，NH₃的體積分數下降，所以T₁＞T₂，
故答案為：T₂＜T₁；合成氨反應是放熱反應，溫度升高，平衡向逆反應方向移動，NH₃的體積分數下降，所以T₁＞T₂；
（3）①C（s）+H₂O（g）?H₂（g）+CO（g）反應中，C是固體，化學平衡常數K為$\frac{c（H2）c（CO）}{c（H2O）}$，故答案為：$\frac{c（H2）c（CO）}{c（H2O）}$；　　
（Ⅰ）實驗1中，用CO表示反應開始到平衡的平均反應速率=$\frac{\frac{2-1.2}{1}}{5}$mol/（L．min）=0.16 mol•L^-1•min^-1，同一化學反應中同一時間段內各物質的反應速率之比等于其計量數之比，所以v（CO₂）=0.16mol/（L•min），故答案為：0.16 mol•L^-1•min^-1； 
（Ⅱ）實驗3要達到與實驗2等效的平衡狀態，但到達平衡的時間短，故采取的措施要使得反應速率快，但平衡不移動，所以D正確，故選D；
（Ⅲ） 由實驗1、2，利用等效平衡判斷該反應為放熱，升高溫度，平衡向吸熱的方向移動即逆向移動，所以平衡常數減小，故答案為：減小．

點評 本題考查較綜合，涉及平衡移動原理、反應速率的有關計算、等效平衡等知識點，為高頻考點，側重考查化學反應原理，注意等效平衡特點，題目難度不大．