Question

【題目】合成氨是人類科學(xué)技術(shù)上的一項重大突破，反應(yīng)原理為N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。一種工業(yè)合成氨的簡式流程圖如下：

（1）①步驟Ⅱ中制氫氣的原理如下：

a．CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)；K1

b．CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)；K2

則反應(yīng)CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)；K=_______________(用含K1、K2的代數(shù)式表示)。

②T1溫度時，對于反應(yīng)：CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+ H2(g)，向2 L的恒容密閉容器中通入一定量的CO和H2O(g)。若達(dá)到平衡后，反應(yīng)放熱Q kJ，保持其他條件不變，只是向原平衡體系中再通入0.20 mol H2O(g)，則下列說法正確的是_____________。

A．CO的轉(zhuǎn)化率將增大 B．達(dá)到新平衡時的反應(yīng)熱ΔH ＞ —Q

C．氣體的密度將不變 D．H2O的體積分?jǐn)?shù)增大

（2）將3 molH2和2 molN2充入某恒溫恒壓容器中，發(fā)生合成氨的反應(yīng)：3H2(g) ＋N2(g) 2NH3(g)

①達(dá)平衡時NH3的濃度為c mol·L-1。保持溫度不變，按下列配比分別充入該容器，平衡后NH3的濃度不為c mol·L-1的是_________。

A．6 molH2 + 4 molN2

B．0.75 molH2 + 0.75 molN2 + 0.5 molNH3

C．3 molH2+ 1 molN2 + 2 mol NH3

② 若是在恒溫恒容的容器中反應(yīng)，達(dá)到平衡時NH3的濃度為c1 mol·L-1，則c________c1（填“<”“>”或“=”），原因是________________________________________。

Answer 1

【答案】K1·K2 AD C > 在恒容的容器中，隨著反應(yīng)的進(jìn)行壓強(qiáng)會減小，導(dǎo)致反應(yīng)正向進(jìn)行的限度減小，所以NH3的濃度會比在恒壓容器中的小

【解析】

(1) ①分析寫出平衡常數(shù)K1和K2、K的表達(dá)式，再進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算即可得出答案。②對于反應(yīng)CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+ H2(g)達(dá)到平衡后，再通入0.2molH2O(g)，即增加反應(yīng)濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動，據(jù)此分析。

(2)①合成氨反應(yīng)3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)，題設(shè)投料3mol H2和2 mol N2，以此為參照，按等效平衡的思想分析解答。②合成氨反應(yīng)3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)，正反應(yīng)氣體分子數(shù)目減小，在恒溫恒容條件下達(dá)到平衡時的壓強(qiáng)小于恒溫恒壓條件下達(dá)到平衡時的壓強(qiáng)，所以恒溫恒容條件相當(dāng)于減壓過程，由此分析。

(1)對于反應(yīng)CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)，有平衡常數(shù)K1=，對于反應(yīng)CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，有平衡常數(shù)K2=，對于反應(yīng)CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)，有平衡常數(shù)K=，顯然K=K1·K2。

②A.對于反應(yīng)CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+ H2(g)達(dá)到平衡后，再通入0.2molH2O(g)，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，A項正確；B.因為平衡向正反應(yīng)方向移動，放出的熱量比Q多，放熱反應(yīng)的ΔH為負(fù)，所以達(dá)到新平衡時的反應(yīng)熱ΔH<-Q，B項錯誤；C.因為再通入0.20molH2O(g)時，容器中氣體總質(zhì)量增大，而氣體處于恒容容器中，所以氣體密度（）將增大，C項錯誤；D.可逆反應(yīng)不能進(jìn)行到底，再通入0.20molH2O(g)時，平衡向正反應(yīng)方向移動消耗H2O(g)的量小于0.20mol，所以達(dá)到新平衡時H2O(g)體積分?jǐn)?shù)將增大，D項正確；答案選AD。

(2)①A.6molH2和4molN2與題設(shè)初始投入3molH2和2molN2，對應(yīng)成比例，在恒溫恒壓條件下分別達(dá)到的平衡互為等效平衡，所以A選項平衡后NH3的濃度仍為cmol/L，A項錯誤；B.將0.75 mol H2、0.75 mol N2和0.5 mol NH3按計量數(shù)折算成反應(yīng)物為1.5molH2和1molN2，這與題設(shè)3molH2和2molN2對應(yīng)成比例，在恒溫恒壓條件下分別達(dá)到的平衡互為等效平衡，所以B選項平衡后NH3的濃度仍為cmol/L，B項錯誤；C.3 mol H2、1 mol N2和2 mol NH3折算成反應(yīng)物為6molH2和2molN2，可看作先投入3molH2和2molN2達(dá)到平衡后再投入3molH2，相當(dāng)于在題設(shè)的平衡狀態(tài)下再投入3molH2，顯然再投入H2時平衡向正反應(yīng)方向移動，NH3的濃度將大于c mol/L，C項正確；答案選C。

②合成氨的反應(yīng)3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)，正反應(yīng)氣體分子數(shù)減小，如果在恒容條件下，達(dá)到平衡時的壓強(qiáng)比初始壓強(qiáng)小，而恒壓條件的平衡壓強(qiáng)等于初始壓強(qiáng)，兩種情況下初始壓強(qiáng)是相同的，所以恒容條件下相當(dāng)于減壓過程，減壓下該反應(yīng)的平衡向逆反應(yīng)方向移動，所以恒容條件下NH3的濃度將減小，即c>c1。