Question

合成氨技術(shù)的創(chuàng)立開辟了人工固氮的重要途徑，其研究來(lái)自正確的理論指導(dǎo)，合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)K值和溫度的關(guān)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(xué)方程式

 

．
②由上表數(shù)據(jù)可知該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，理由是

 

．
③理論上，為了增大平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是

 

．（填序號(hào)）
a．增大壓強(qiáng)  b．使用合適的催化劑c．升高溫度 d．及時(shí)分離出產(chǎn)物中的NH₃
（2）原料氣H₂可通過(guò)反應(yīng) CH₄（g）+H₂O （g）?CO（g）+3H₂（g） 獲取，已知該反應(yīng)中，向容積固定為5L的容器中充入1mol水蒸氣和1mol CH₄，溫度、壓強(qiáng)對(duì)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(qiáng)的關(guān)系是：P₁

 

P₂（填“＞”、“=”或“＜”）．
該反應(yīng)為

 

反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）．
②T℃時(shí)，反應(yīng)達(dá)平衡后，測(cè)得CO的濃度為0.08mol?L^-1，則平衡時(shí)CH₄的轉(zhuǎn)化率為

 

，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K值為

 

．
③下列描述能夠說(shuō)明體系處于平衡狀態(tài)的是

 

（填序號(hào)）．
a．容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時(shí)間改變
b．混合氣體的密度不隨時(shí)間改變
c．單位時(shí)間內(nèi)生成a mol CH₄的同時(shí)消耗a mol H₂
d．混合氣中n（CH₄）：n（H₂O）：n（CO）：n（H₂）=1：1：1：3．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）①工業(yè)合成氨是氮?dú)夂蜌錃庠诖呋瘎┳饔孟赂邷馗邏悍磻?yīng)生成氨氣；
②依據(jù)圖標(biāo)數(shù)據(jù)分析，平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進(jìn)行說(shuō)明反應(yīng)是放熱反應(yīng)
③為了增大平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進(jìn)行分析選項(xiàng)；
（2）①依據(jù)圖象變化分析，相同溫度下，CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g），反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，平衡逆向進(jìn)行，甲烷平衡含量越高；
②壓強(qiáng)一定，溫度升高，甲烷平衡含量減小，平衡正向進(jìn)行，依據(jù)平衡移動(dòng)原理分析判斷；
（3）①依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計(jì)算得到；
②化學(xué)平衡狀態(tài)，反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率相同，各成分含量保持不變分析選項(xiàng)．

解答： 解：（1）①合成氨的化學(xué)方程式為N₂+3H₂

催化劑   .

高溫高壓

2NH₃，故答案為：N₂+3H₂

催化劑   .

高溫高壓

2NH₃；
②圖表中平衡常數(shù)隨溫度升高減小，說(shuō)明平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，正向是放熱反應(yīng)，故答案為：隨溫度升高，反應(yīng)的平衡常數(shù)K減小；
③反應(yīng)是N₂+3H₂

催化劑   .

高溫高壓

2NH₃，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，為了增大平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進(jìn)行分析，
a．增大壓強(qiáng)，平衡正向進(jìn)行，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故a符合；
b．使用合適的催化劑，改變反應(yīng)速率，不能改變平衡，氫氣轉(zhuǎn)化率不變，故b不符合；
c．升高溫度平衡逆向進(jìn)行，氫氣轉(zhuǎn)化率減小，故c不符合；
d．及時(shí)分離出產(chǎn)物中的NH₃，平衡正向進(jìn)行，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故d符合；
故答案為：ad；
（2）①依據(jù)圖象變化分析，相同溫度下，CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g），反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，平衡逆向進(jìn)行，甲烷平衡含量越高，所以P₂＞P₁；壓強(qiáng)一定，溫度升高，甲烷平衡含量減小，平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；故答案為：＜；吸熱；
②向容積固定為5L的容器中充入1mol水蒸氣和1mol CO，反應(yīng)達(dá)平衡后，測(cè)得CO的濃度為0.08mol?L^-1，
               CH₄（g）+H₂O （g）?CO（g）+3H₂（g）
起始量（mol/L） 0.2      0.2       0        0
變化量（mol/L） 0.08     0.08     0.08     0.08
平衡量（mol/L） 0.12     0.12     0.108    0.08
平衡時(shí)CH₄的轉(zhuǎn)化率=

0.08mol/L

0.2mol/L

×100%=40%
則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

0.08×0.08

0.12×0.12

=0.038
故答案為：40%；0.038；
③化學(xué)平衡狀態(tài)，反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率相同，各成分含量保持不變分析選項(xiàng)，CH₄（g）+H₂O （g）?CO（g）+3H₂（g），反應(yīng)后氣體體積增大；
a．正反應(yīng)氣體體積增大，容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時(shí)間改變，能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a符合；
b．混合氣體質(zhì)量守恒，容器體積不變，反應(yīng)過(guò)程中和平衡狀態(tài)下，混合氣體的密度不隨時(shí)間改變，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b不符合；
c．單位時(shí)間內(nèi)生成amolCH₄的同時(shí)消耗amolH₂，都是逆反應(yīng)速率，且不符合化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相同，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c不符合；
d．混合氣中各組分物質(zhì)的量之比決定于反應(yīng)開始時(shí)加入的多少，故d不符合；
故答案為：a．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡影響因素，平衡標(biāo)志分析，平衡常數(shù)的計(jì)算應(yīng)用，主要是圖象分析判斷，平衡移動(dòng)原理的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．