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20.合成氨是人類科學技術上的一項重大突破,工業上以天然氣為原料合成氨.其生產
工藝如下:造氣階段→轉化階段→分離凈化→合成階段
(1)造氣階段的反應為:CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)△H=+206.1kJ/mol
①在一個密閉容器中進行上述反應,測得CH4的物質的量濃度隨反應時間的變化如下圖1所示,10min時,改變的外界條件可能是升高溫度等.
②如圖2所示,在初始容積相等的甲、乙兩容器中分別充入等物質的量的CH4和H2O.在相同溫度下發生反應,并維持反應過程中溫度不變.則達到平衡時,兩容器中CH4的轉化率大小關系為:α(CH4)<α(CH4

(2)轉化階段發生的可逆反應為:CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g),在一定溫度下,反應的平衡常數為K=1.某時刻測得該溫度下的密閉容器中各物質的物質的量見下表:
COH2OCO2H2
0.5mol8.5mol2.0mol2.0mol
此時反應中正、逆反應速率的關系式是a(填序號).
a.v(正)>v(逆)           b.v(正)<v(逆)         c.v(正)=v(逆)        d.無法判斷
(3)合成氨反應為:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.4kJ/mol
根據勒夏特列原理,簡述提高合成氨原料轉化率的一種方法增大壓強或降低溫度或分離液氨.
(4)工業合成氨的熱化學方程式為N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=-92.4kJ•mol-1.在某壓強恒定的密閉容器中加入2mol N2和4mol H2,達到平衡時,N2的轉化率為50%,體積變為10L.求:
①該條件下的平衡常數為400;
②若向該容器中加入a mol N2、b mol H2、c mol NH3,且a、b、c 均大于0,在相同條件下達到平衡時,混合物中各組分的物質的量與上述平衡相同.反應放出的熱量<(填“>”“<”或“=”)92.4kJ.
③在一定溫度下,在一個容積不變的密閉容器中,發生合成氨反應,下列能判斷該反應達到化學平衡狀態的是cd
a.v(N2)=3v(NH3)                               b.混合氣體的密度不隨時間改變
c.混合氣體的平均相對分子質量不隨時間改變     d.容器中的壓強不隨時間改變
e.c(N2)=c(NH3

分析 (1)①10min時瞬間甲烷濃度不變,平衡正向移動,正反應為吸熱反應,可能是升高溫度,或移走生成物等;
②正反應為氣體物質的量增大的反應,乙為恒溫恒壓,甲為恒溫恒容,平衡時甲中壓強大于乙中壓強,乙中平衡等效再在甲中平衡基礎上降低移動,平衡正向移動;
(2)計算此時濃度商Qc,若Qc=K,處于平衡狀態,若Qc<K,反應向正反應進行,若Qc>K,反應向逆反應進行,進而判斷v(正)、v(逆)相對大小;
(3)正反應為氣體體積減小的放熱反應,增大壓強或降低溫度或分離液氨均使平衡正向移動,可以提高合成氨原料轉化率;
(4)①在某壓強恒定的密閉容器中加入2mol N2和4mol H2,達到平衡時,N2的轉化率為50%,轉化的氮氣為1mol,則:
            N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)
起始量(mol):2       4         0
變化量(mol):1       3         2
平衡量(mol):1       1         2
容器體積變為10L,再根據K=$\frac{{c}^{2}(N{H}_{3})}{c({N}_{2})×{c}^{3}({H}_{2})}$計算平衡常數;
②相同條件下達到平衡時,混合物中各組分的物質的量與①中平衡相同,說明兩平衡為完全等效平衡,①中轉化率比②中的高,①中參加反應的氮氣的物質的量較②中的多;
③可逆反應到達平衡時,同種物質的正逆速率相等且保持不變,各組分的濃度、含量保持不變,由此衍生的其它一些量不變,判斷平衡的物理量應隨反應進行發生變化,該物理量由變化到不再變化說明到達平衡.

解答 解:(1)①10min時瞬間甲烷濃度不變,平衡正向移動,正反應為吸熱反應,可能是升高溫度,或移走生成物等,
故答案為:升高溫度等;
②正反應為氣體物質的量增大的反應,乙為恒溫恒壓,甲為恒溫恒容,平衡時甲中壓強大于乙中壓強,乙中平衡等效再在甲中平衡基礎上降低移動,平衡正向移動,故轉化率:α(CH4)<α(CH4),
故答案為:<;
(2)反應氣體氣體體積相等,可以用物質的量代替濃度計算濃度商,則此時濃度商Qc=$\frac{2×2}{0.5×8.5}$=$\frac{2×2}{0.5×0.85}$=0.94<K=1,反應向正反應進行,則v(正)>v(逆),
故選:a;
(3)正反應為氣體體積減小的放熱反應,增大壓強或降低溫度或分離液氨均使平衡正向移動,可以提高合成氨原料轉化率,
故答案為:增大壓強或降低溫度或分離液氨;
(4)①在某壓強恒定的密閉容器中加入2mol N2和4mol H2,達到平衡時,N2的轉化率為50%,轉化的氮氣為1mol,則:
           N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)
起始量(mol):2      4         0
變化量(mol):1      3         2
平衡量(mol):1      1         2
容器體積變為10L,則平衡常數K=$\frac{{c}^{2}(N{H}_{3})}{c({N}_{2})×{c}^{3}({H}_{2})}$=$\frac{0.{2}^{2}}{0.1×0.{1}^{3}}$=400,
故答案為:400;
②.①中參加反應的氮氣為1mol,放出熱量為92.4kJ,相同條件下達到平衡時,混合物中各組分的物質的量與①中平衡相同,說明兩平衡為完全等效平衡,①中轉化率比②中的高,①中參加反應的氮氣的物質的量較②中的多,故②中放出的熱量<92.4kJ,
故答案為:<;
③a.v(N2)=3v(NH3),未指明正逆速率,若為2v(N2)=v(NH3)時反應到達平衡,故a錯誤;
b.混合氣體總質量不變,容器容積不變,混合氣體的密度為定值,故b錯誤;
c.混合氣體總質量不變,隨反應進行混合氣體物質的量減小,平衡相對分子質量增大,當混合氣體的平均相對分子質量不隨時間改變,說明反應到達平衡,故c正確;
d.隨反應進行混合氣體總物質的量減小,恒溫恒容下壓強減小,容器中的壓強不隨時間改變,說明反應到達平衡,故d正確;
e.平衡時N2、NH3的濃度關系與二氧化氮轉化率有關,平衡時不一定相等,故e錯誤,
故選:cd.

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、化學平衡圖象、平衡常數、平衡狀態判斷等,(3)中②注意對等效平衡規律的理解掌握,難度中等.

練習冊系列答案
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10.若在加入鋁粉能放出氫氣的溶液中,分別加入下列各組離子,一定大量共存的是(  )
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丙:NaOH溶液 $→_{③}^{CO_{2}}$NaHCO3溶液$→_{①}^{NaOH溶液}$Na2CO3溶液
(1)請指出甲、乙兩方案的主要缺點:
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(3)假設反應②所得的Na2CO3固體中混有未分解的NaHCO3.乙同學選擇澄清石灰水測定其中NaHCO3的質量分數,乙同學能否達到實驗目的?能(填“能”或“不能”)若能,請說明其計算所需的數據;若不能,請簡要說明理由固體樣品的質量和沉淀總質量.

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15.下列敘述與圖象對應符合的是(  )
A.對于達到平衡狀態的N2(g)+3H2(g)?2NH3 (g)在t0時刻充入了一定量的NH3,平衡逆向移動
B.對于反應 2A(g)+B(g)?C(g)+D(g)△H<0,p2>p1,T1>T2
C.該圖象表示的化學方程式為:2A═B+3C
D.對于反應 2X(g)+3Y(g)?2Z(g)△H<0,y可以表示Y的百分含量

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5.利用已有的實驗器材,規格和數量不限,能完成相應實驗的是(  )
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D燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、容量瓶用固體氯化鈉配制0.5mol/L的溶液
A.AB.BC.CD.D

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12.有一澄清透明的溶液,可能大量存在有NH4+、Fe3+、H+、Mg2+、A13+、I-、CO32-等離子.現分別取溶液進行下列實驗:
(1)加入淀粉溶液,未見藍色.
(2)加入少量AgNO3溶液有黃色沉淀和氣體生成.
(3)逐滴加入1mol•L-1NaOH溶液,隨著NaOH溶液的滴人,產生沉淀的量如圖所示.
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9.若丙醇中的氧原子為18O,它和乙酸反應生成的酯的相對分子質量為(  )
A.102B.104C.120D.122

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14.設阿伏加德羅常數的數值為NA,下列敘述正確的是(  )
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