Question

國家“十二五規(guī)劃”明確提出了節(jié)能減排的目標(biāo)，“節(jié)能減排”的含義就是節(jié)約能源、降低能源消耗、減少污染物排放．合成氨反應(yīng)放出的熱量可用于供暖和發(fā)電，是節(jié)能的有效措施之一．請你結(jié)合學(xué)過的知識回答下列問題：
（1）向合成塔中按物質(zhì)的量之比1：3充入N₂、H₂進(jìn)行氨的合成，如圖為450℃時平衡混合物中氨氣的體積分?jǐn)?shù)與壓強(qiáng)（p）的關(guān)系圖．
①寫出工業(yè)上合成氨的化學(xué)方程式：

 

．
②如圖中氨氣的體積分?jǐn)?shù)為25%時，H₂的轉(zhuǎn)化率為

 

．
③在壓強(qiáng)為30MPa下，若將反應(yīng)體系的溫度升高至500℃，則達(dá)到平衡時氨氣的體積分?jǐn)?shù)

 

35%（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）合成氨所需的氫氣可由甲烷與水反應(yīng)制得，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）；△H＞0，一定溫度下，在體積為1L的恒容容器中發(fā)生上述反應(yīng)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量變化如下表：

時間/min	CH4（mol）	H2O（mol）	CO（mol）	H2（mol）
0	0.40	1.00	0	0
5	0.20	0.80	0.20	a
7	0.20	0.80	0.20	a
10	0.21	0.81	0.19	0.64

①上表中a=

 

；前5min內(nèi)反應(yīng)的平均反應(yīng)速v（CH₄）=

 

．
②寫出該溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式并計算出結(jié)果

 

．
③反應(yīng)在7～10min內(nèi)，CO的物質(zhì)的量減少的原因可能是

 

（填字母）．
A．減少CH₄的物質(zhì)的量              B．降低溫度
C．升高溫度                        D．充入H₂．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的計算,反應(yīng)速率的定量表示方法,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）①工業(yè)合成氨是氮氣和氫氣在高溫高壓催化劑作用生成氨氣；
②根據(jù)三段法計算來確定物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率；
③合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，依據(jù)平衡移動原理分析判斷，氨氣的含量變化；
（2）①圖表分析可知，反應(yīng)進(jìn)行到5min，7min，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，說明達(dá)到平衡，生成的一氧化碳和氫氣物質(zhì)的量相同；依據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率概念計算得到甲烷的反應(yīng)速率；
②依據(jù)化學(xué)三段式列式計算轉(zhuǎn)化率；
③合成氨是放熱反應(yīng)升高溫度平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，轉(zhuǎn)化率減小；
（2）①依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析，5-7min，物質(zhì)的濃度不變，所以都是平衡狀態(tài)，根據(jù)反應(yīng)定量關(guān)系計算得到a；依據(jù)5min甲烷的濃度變化計算反應(yīng)速率；
②平衡常數(shù)概念是用生成物平衡濃度的冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度的冪次方乘積；
③分析圖表數(shù)據(jù)可知反應(yīng)物增多，氫氣增多，一氧化碳減少，說明平衡逆向進(jìn)行，是加入氫氣引起的平衡移動．

解答： 解：（1）①工業(yè)合成氨是氮氣和氫氣在高溫高壓催化劑作用生成氨氣，反應(yīng)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設(shè)N₂的轉(zhuǎn)化率為x，氮氣物質(zhì)的量無1mol，氫氣物質(zhì)的量為3mol
            N₂ +3H₂

催化劑

高溫高壓

2NH₃
初始（mol）：1    3           0
變化（mol）：x    3x          2x
平衡（mol）：1-x  3-3x        2x
氨氣的體積分?jǐn)?shù)為25.0%時，則

2x

4-2x

×100%=25%
解得x=0.4，所以氫氣的轉(zhuǎn)化率=

3×0.4mol

3mol

×100%=40%，
故答案為：40%；
③對于反應(yīng) N₂+3H₂

催化劑

高溫高壓

2NH₃，△H＜0，當(dāng)溫度升高時，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，即逆反應(yīng)移動，所以氨氣的體積分?jǐn)?shù)減少，小于35%，
故答案為：＜；
（2）①圖表分析可知，反應(yīng)進(jìn)行到5min，7min，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，說明達(dá)到平衡，生成的一氧化碳和氫氣物質(zhì)的量相同，所以a=0.2mol；5min甲烷消耗物質(zhì)的量0.2mol，反應(yīng)速率=

0.2mol 1L

5min

=0.04mol/L?min，
故答案為：0.2mol；0.04mol/L?min；
②反應(yīng)CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）；平衡常數(shù)K=

c(CO)c(H2)

c(CH4)c(H2O)

，
故答案為：

c(CO)c(H2)

c(CH4)c(H2O)

；
③分析圖表數(shù)據(jù)可知反應(yīng)物增多，氫氣增多，一氧化碳減少，說明平衡逆向進(jìn)行，是加入氫氣引起的平衡移動；
A．減少CH₄的物質(zhì)的量，平衡逆向進(jìn)行氫氣和一氧化碳都減少，故A不符合；
B．反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向進(jìn)行，甲烷和水蒸氣增多，一氧化碳和氫氣減小，故B不符合；
C．升高溫度，平衡正向進(jìn)行，甲烷和水蒸氣減少，故C不符合；
D．充入H₂，平衡逆向進(jìn)行甲烷和水蒸氣增多，一氧化碳減少，平衡后氫氣增多，故D符合；
故選：D．

點評：本題考查了化學(xué)平衡移動原理分析判斷，反應(yīng)速率、平衡常數(shù)的計算，平衡影響因素的分析應(yīng)用，題目難度中等．