Question

6．合成氨技術(shù)的創(chuàng)立開辟了人工固氮的重要途徑，其研究來自正確的理論指導，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)合成氨的化學方程式N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃．
②由上表數(shù)據(jù)可知該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，理由是隨溫度升高，反應(yīng)的平衡常數(shù)K減小．
③理論上，為了增大平衡時H₂的轉(zhuǎn)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(chǎn)物中的NH₃
（2）原料氣H₂可通過反應(yīng) CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g） 獲取，已知該反應(yīng)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(guān)系是：P₁＜P₂（填“＞”、“=”或“＜”）．
②該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）．
（3）原料氣H₂還可通過反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）═CO₂ （g）+H₂（g） 獲�。�
①T℃時，向容積固定為5L的容器中充入1mol水蒸氣和1mol CO，反應(yīng)達平衡后，測得CO的濃度為0.08mol•L^-1，則平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為60%，該反應(yīng)平衡常數(shù)的表達式為2.25．
②保持溫度仍為T℃，改變水蒸氣和CO的初始物質(zhì)的量之比，充入容器進行反應(yīng)，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(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）=1：1：1：1．

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(yīng)生成氨氣；
②依據(jù)圖標數(shù)據(jù)分析，平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進行說明反應(yīng)是放熱反應(yīng)
③為了增大平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進行分析選項；
（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)，
②壓強一定，溫度升高，甲烷平衡含量減小，平衡正向進行，依據(jù)平衡移動原理分析判斷；
（3）①依據(jù)化學平衡三段式列式計算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計算得到；
②化學平衡狀態(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．

解答 解：（1）①合成氨的化學方程式為N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃，
故答案為：N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃；
②圖表中平衡常數(shù)隨溫度升高減小，說明平衡逆向進行，逆向是吸熱反應(yīng)，正向是放熱反應(yīng)，
故答案為：隨溫度升高，反應(yīng)的平衡常數(shù)K減��；
③反應(yīng)是N₂+3H₂$\frac{\underline{\;\;催化劑\;\;}}{高溫高壓}$2NH₃，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，為了增大平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進行分析，
a．增大壓強，平衡正向進行，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故a符合；
b．使用合適的催化劑，改變反應(yīng)速率，不能改變平衡，氫氣轉(zhuǎn)化率不變，故b不符合；
c．升高溫度平衡逆向進行，氫氣轉(zhuǎn)化率減小，故c不符合；
d．及時分離出產(chǎn)物中的NH₃，平衡正向進行，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故d符合；
故答案為：ad；
（2）①依據(jù)圖象變化分析，相同溫度下，CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g），反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，壓強越大，平衡逆向進行，甲烷平衡含量越高，所以P₂＞P₁，故答案為：＜；
②壓強一定，溫度升高，甲烷平衡含量減小，平衡正向進行，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故答案為：吸熱；
（3）①向容積固定為5L的容器中充入1mol水蒸氣和1mol CO，反應(yīng)達平衡后，測得CO的濃度為0.08mol•L^-1，
                             CO（g）+H₂O（g）═CO₂ （g）+H₂（g）
起始量（mol/L） 0.2              0.2            0                0
變化量（mol/L） 0.12           0.12           0.12         0.12
平衡量（mol/L） 0.08           0.08            0.12            0.12
平衡狀態(tài)下CO轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.12mol/L}{0.2mol/L}$×100%=60%，
則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\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(yīng)的正逆反應(yīng)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(yīng)后氣體體積不變；
a．正反應(yīng)氣體體積不變，容器內(nèi)壓強不隨時間改變，不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故a不符合；
b．混合氣體質(zhì)量守恒，容器體積不變，反應(yīng)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(yīng)達到平衡狀態(tài)，故b不符合；
c．單位時間內(nèi)生成a mol CO₂的同時消耗a mol H₂，是正逆反應(yīng)速率相同，能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故c符合；
d．混合氣中各組分物質(zhì)的量之比決定于反應(yīng)開始時加入的多少，混合氣中n （CO）：n （H₂O）：n （CO₂）：n （H₂）=1：1：1：1，說明物質(zhì)的量不變，說明反應(yīng)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(shù)的計算應(yīng)用，主要是圖象分析判斷，平衡移動原理的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．