Question

10．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寫出工業(yè)合成氨的化學方程式N₂+3H₂$?_{高溫高壓}^{催化劑}$2NH₃．
②理論上，為了增大平衡時H₂的轉化率，可采取的措施是ad．（填序號）
a．增大壓強                   b．使用合適的催化劑
c．升高溫度                   d．及時分離出產物中的NH₃
（2）原料氣H₂可通過反應 CH₄（g）+H₂O （g）?CO（g）+3H₂（g） 獲取，已知該反應中，當初始混合氣中的$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{H}_{4}）}$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，兩條曲線表示壓強的關系是：P₁＜P₂（填“＞”、“=”或“＜”）．
②該反應為吸熱反應（填“吸熱”或“放熱”）．
（3）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1mol水蒸氣和1mol CO，反應達平衡后，測得CO的濃度為0.08mol•L^-1，則平衡時CO的轉化率為60%，該溫度下反應的平衡常數K值為2.25．
②保持溫度仍為T℃，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)的是cd（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 molH₂
d．混合氣中n（CO）：n（H₂O）：n（CO₂）：n（H₂）=1：16：6：6．

Answer 1

分析 （1）①工業(yè)合成氨是氮氣和氫氣在催化劑作用下高溫高壓反應生成氨氣；
②為了增大平衡時H₂的轉化率，平衡正向進行分析選項；
（2）①依據圖象變化分析，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，壓強越大，平衡逆向進行，甲烷平衡含量越高；
②壓強一定，溫度升高，甲烷平衡含量減小，平衡正向進行，據此判斷；
（3）①依據化學平衡三段式列式計算平衡濃度，結合平衡常數概念計算得到；
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．

解答 解：（1）①合成氨的化學方程式為N₂+3H₂$?_{高溫高壓}^{催化劑}$2NH₃，
故答案為：N₂+3H₂$?_{高溫高壓}^{催化劑}$2NH₃；
②反應是N₂+3H₂$?_{高溫高壓}^{催化劑}$2NH₃，反應是氣體體積減小的放熱反應，為了增大平衡時H₂的轉化率，平衡正向進行分析，
a．增大壓強，平衡正向進行，氫氣轉化率增大，故a符合；
b．使用合適的催化劑，改變反應速率，不能改變平衡，氫氣轉化率不變，故b不符合；
c．升高溫度平衡逆向進行，氫氣轉化率減小，故c不符合；
d．及時分離出產物中的NH₃，平衡正向進行，氫氣轉化率增大，故d符合；
故答案為：ad；
（2）①依據圖象變化分析，相同溫度下，CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g），反應是氣體體積增大的反應，壓強越大，平衡逆向進行，甲烷平衡含量越高，所以P₂＞P₁；故答案為：＜；
②壓強一定，溫度升高，甲烷平衡含量減小，平衡正向進行，正反應為吸熱反應；
故答案為：吸熱；
（3）①依據化學平衡三段式列式計算平衡濃度，℃時，向容積固定為5L的容器中充入1mol水蒸氣和1mol CO，反應達平衡后，測得CO的濃度為0.08mol•L^-1，
                 CO（g）+H₂O（g）═CO₂ （g）+H₂（g）
起始量（mol/L）   0.2     0.2       0         0
變化量（mol/L）  0.12     0.12      0.12      0.12
平衡量（mol/L）  0.08     0.08      0.12       0.12
平衡時CO的轉化率=$\frac{0.12mol/L}{0.2mol/L}$×100%=60%
則該溫度下反應的平衡常數K=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.08}$=2.25
故答案為：60%；2.25；
②化學平衡狀態(tài)，反應的正逆反應速率相同，各成分含量保持不變分析選項，CO（g）+H₂O（g）═CO₂ （g）+H₂（g），反應是氣體體積不變反應；
a．反應過程中和平衡狀態(tài)下壓強相同，容器內壓強不隨時間改變，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故a不符合；
b．混合氣體質量守恒，反應前后氣體體積不變，反應過程中和平衡狀態(tài)下，混合氣體的密度不隨時間改變，不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故b不符合；
c．單位時間內生成amolCO₂的同時消耗amolH₂，說明二氧化碳或氫氣的正逆反應速率相同，說明反應達到平衡狀態(tài)，故c符合；
d．混合氣中n（CO）：n（H₂O）：n（CO₂）：n（H₂）=1：16：6：6，依據反應前后氣體物質的量相同，可以利用物質的量代替濃度計算濃度商和平衡常數比較，Q=$\frac{6×6}{1×16}$=2.25=K，說明反應達到平衡狀態(tài)，故d符合；
故答案為：cd．

點評 本題考查了化學平衡影響因素，平衡標志分析，平衡常數的計算應用，主要是圖象分析判斷，平衡移動原理的理解應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．