Question

8．合成氨反應N₂（g）+3H₂（g）$?_{催化劑}^{高溫高壓}$ 2NH₃（g）△H＜0 具有重要的意義．
（1）①該反應的化學平衡常數表達式是K=$\frac{[NH{\;}_{3}]^{2}}{[N{\;}_{2}][H{\;}_{2}]{\;}^{3}}$．
②該反應的化學平衡常數K與溫度T的關系如下表所示：

T/K	473	573	673	…
K	4.4×10-2	K1	K2	…

其中，K₁＞ K₂（填“＞”、“=”或“＜”）．
③理論上，為了增大平衡時H₂的轉化率，可采取的措施是a、d．（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�。�
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 mol H₂
d．混合氣中n （CO）：n （H₂O）：n （CO₂）：n （H₂）=1：16：6：6．

Answer 1

分析 （1）①根據化學平衡常數=$\frac{生成物平衡濃度系數次方的乘積}{反應物平衡濃度系數次方的乘積}$書寫表達式；
②根據溫度對平衡常數的影響，對于放熱反應，溫度越高，K越�。�
③反應N₂（g）+3H₂（g）$?_{催化劑}^{高溫高壓}$ 2NH₃（g）△H＜0 是氣體體積減小的放熱反應，所以理論上，為了增大平衡時H₂的轉化率，可采取加壓、降溫、降低產物濃度等方法，催化劑對轉化率沒有影響；
（2）①正反應為氣體物質的量增大的反應，增大壓強平衡逆向移動，混合氣體中甲烷的含量增大；
②由圖可知，隨溫度升高甲烷的含量減小，說明升高溫度平衡正向移動，而升高溫度平衡向吸熱反應移動；
（3）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：
               CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂ （g）
起始濃度（mol/L）：0.2    0.2      0        0
變化濃度（mol/L）：0.12   0.12     0.12     0.12
平衡濃度（mol/L）：0.08   0.08     0.12     0.12
平衡時CO的轉化率=$\frac{CO濃度變化量}{CO起始濃度}$×100%；平衡常數K=$\frac{c（CO{\;}_{2}）×c（H{\;}_{2}）}{c（CO）×c（H{\;}_{2}O）}$；
②可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡，D選項計算濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應向正反應進行，若Qc＞K，反應向逆反應進行．

解答 解：（1）①根據化學平衡常數=$\frac{生成物平衡濃度系數次方的乘積}{反應物平衡濃度系數次方的乘積}$可知，該反應的平衡常數K=$\frac{[NH{\;}_{3}]^{2}}{[N{\;}_{2}][H{\;}_{2}]{\;}^{3}}$，
故答案為：$\frac{[NH{\;}_{3}]^{2}}{[N{\;}_{2}][H{\;}_{2}]{\;}^{3}}$；
②合成氨反應N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）△H＜0，對于放熱反應，溫度越高，K越小，所以K₁＞K₂，
故答案為：＞．
③反應N₂（g）+3H₂（g）$?_{催化劑}^{高溫高壓}$ 2NH₃（g）△H＜0 是氣體體積減小的放熱反應，所以理論上，為了增大平衡時H₂的轉化率，可采取加壓、降溫、降低產物濃度等方法，催化劑對轉化率沒有影響，故選a、d；
（2）①正反應為氣體物質的量增大的反應，增大壓強平衡逆向移動，混合氣體中甲烷的含量增大，所以P₂＞P₁，
故答案為：＜；
②由圖可知，隨溫度升高甲烷的含量減小，說明升高溫度平衡正向移動，而升高溫度平衡向吸熱反應移動，故正反應為吸熱反應，
故答案為：吸熱；
（3）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：
               CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂ （g）
起始濃度（mol/L）：0.2    0.2     0        0
變化濃度（mol/L）：0.12   0.12    0.12     0.12
平衡濃度（mol/L）：0.08   0.08    0.12     0.12
平衡時CO的轉化率=$\frac{0.12mol}{0.2mol}$×100%=60%；平衡常數K=$\frac{c（CO{\;}_{2}）×c（H{\;}_{2}）}{c（CO）×c（H{\;}_{2}O）}$=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.08}$=2.25，
故答案為：60%；2.25；
②a．反應中混合氣體物質的量不變，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．混合氣體質量不變，容器容積不變，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，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，Qc=$\frac{6×6}{1×16}$=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 本題考查化學平衡計算與影響因素、平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數計算及應用等，難度中等，（3）中平衡狀態(tài)判斷d選項中注意利用濃度商與平衡常數關系分析．