Question

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寫出工業(yè)合成氨的化學方程式         。
②由上表數(shù)據(jù)可知該反應為放熱反應，理由是         。
③理論上，為了增大平衡時H₂的轉化率，可采取的措施是         。（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(chǎn)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  恒定時，溫度、壓強對平衡混合氣CH₄含量的影響如下圖所示：

①圖中，兩條曲線表示壓強的關系是：P₁         P₂（填“＞”、“=”或“＜”）。
②該反應為         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5 L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，則平衡時CO的轉化率為         ，該溫度下反應的平衡常數(shù)K值為         。
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         （填序號）。
a．容器內(nèi)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(nèi)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

（1）①N₂+3H₂ 2 NH₃（2分）
② 隨溫度升高，反應的平衡常數(shù)K減�。�2分）    ③ a、d（2分）
（2）① ＜（1分） ②吸熱（1分） （3）① 60 %（2分）；或2.25（2分） ② c和d（2分）

解析試題分析：（1）①工業(yè)上合成氨的原料是氮氣和氫氣，在一定溫度、壓強和催化劑作用下生成氨氣，反應的化學方程式為N₂+3H₂ 2 NH₃。
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，隨著溫度的升高，平衡常數(shù)K減小。這說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，因此正方應是放熱反應。
③根據(jù)方程式可知，該反應是體積減小的、放熱的可逆反應。a、增大壓強，平衡向正反應方向移動，氫氣的轉化率增大，a正確；b、催化劑只能改變反應速率，而不能改變平衡狀態(tài)，因此使用合適的催化劑不能提高氫氣的轉化率，b不正確；c、正方應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向移動 ，氫氣的轉化率降低，c不正確；d、及時分離出產(chǎn)物中的NH₃，降低生成物氨氣的濃度，平衡向正反應方向移動，氫氣的轉化率增大，d正確，答案選ad。
（2）①根據(jù)反應 CH₄(g)+H₂O (g)CO(g)+3H₂(g) 可知，該反應是體積增大的可逆反應，因此增大越強，平衡向逆反應方向移動，甲烷的含量增大。所以根據(jù)圖像可知，在溫度相同的條件下，p₁表示的甲烷含量低，這說明越強是P₁小于P₂。
②根據(jù)圖像可知，在越強相同的條件下，隨著溫度的升高，甲烷的含量降低。這說明升高溫度平衡向正反應方向移動，因此該反應為吸熱反應。
（3）①           CO(g)+H₂O(g)CO₂ (g)+H₂(g)
起始濃度（mol/L）  0.2      0.2        0        0
轉化濃度（mol/L）  0.12    0.12       0.12     0.12
平衡濃度（mol/L）  0.08     0.08       0.12     0.12
所以平衡時CO的轉化率＝×100%＝60%
化學平衡常數(shù)是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態(tài)時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，所以該溫度下反應的平衡常數(shù)K＝=＝。
②在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學平衡狀態(tài)，據(jù)此可以判斷。a、反應前后體積不變，因此越強始終是不變的，則容器內(nèi)壓強不隨時間改變不能說明反應達到平衡狀態(tài)，a不正確；b、密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量和容積始終是不變的，即密度始終是不變的，所以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)，b不正確；c、單位時間內(nèi)生成a mol CO₂的同時消耗a mol H₂，由于單位時間內(nèi)生成a mol CO₂的同時還生成amol氫氣，這說明正逆反應速率相等，可以說明達到平衡狀態(tài)，c正確；d、由于反應前后體積不變，則可以用物質的量代替濃度，即如果混合氣中n (CO) : n (H₂O) : n (CO₂) : n (H₂)＝1 : 16 : 6 : 6，則此時=＝，因此恰好是平衡狀態(tài)，d正確，答案選cd。
考點：考查合成氨原理；外界條件對平衡狀態(tài)的影響；反應速率和平衡常數(shù)的計算、平衡狀態(tài)的判斷以及圖像分析與應用等