Question

氨是最重要的化工產品之一．其生產方法也在逐漸改進中，各國科學家均在為提高氨的產量，降低能耗做各種有益的探究．試運用所學知識，解決下列問題：


（1）合成氨用的H₂可以用CH₄為原料制得．其總反應方程式為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
①對于氣體反應，用某組分（B）的平衡壓強（p_B）代替物質的量濃度（c_B）也可以表示平衡常數(shù)（記作K_P），則上述反應的K_P=

 

．該反應的△S

 

0，（填“＞”、“=”或“＜”）．
②能說明該反應達到平衡狀態(tài)的是

 

．
A．v（CH₄）═3v（H₂）              
B．恒容容器中，體系的壓強不再改變
C．恒容容器中，體系中氣體的密度不再改變
D．恒容容器中，氣體的摩爾質量不再改變
（2）有關化學反應的能量變化如圖1所示．則CH₄（g）與H₂O（g）反應生成CO（g）和H₂（g）的熱化學方程式：

 

．
（3）合成氨用的H₂還可用水煤氣為原料制得．其總反應方程式為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
①圖2是在一定條件下發(fā)生上述反應時，反應物和生成物能量與活化能的關系．在圖2中曲線

 

（填“a”或“b”）表示加入催化劑的能量變化曲線，催化劑能加快反應速率的原因是

 

；
②已知該反應平衡常數(shù)隨溫度的變化如下：

溫度	400	500	800
平衡常數(shù)	9.94	9	1

在500℃時將0.2mol CO和0.2mol H₂O放入容積為2L的密閉容器中，t₁時達到平衡，反應過程中c（CO）隨時間t變化趨勢曲線如圖3所示．若其他條件不變，t₁時將容器體積先迅速壓縮到1L，t₂時迅速升溫至800℃，t₃重新達到平衡．畫出t₁-t₄的c（CO）隨時間t變化趨勢曲線．

Answer 1

考點：反應熱和焓變,熱化學方程式,化學反應速率的影響因素,化學平衡狀態(tài)的判斷,物質的量或濃度隨時間的變化曲線

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①依據(jù)化學平衡常數(shù)表達式的書寫方法書寫，正反應為氣體體積增大的反應；
②化學平衡狀態(tài)判斷的關鍵是正逆反應速率相等和各組分濃度不變；
（2）依據(jù)圖象分析反應過程都是能量降低的過程，說明反應是放熱反應；寫出對應熱化學方程式，依據(jù)蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；
（3）①催化劑通過降低反應的活化能來加快反應速率；
②據(jù)影響平衡移動的因素分析．

解答： 解：（1）①根據(jù)化學平衡常數(shù)表達式的寫法可知，K_P=

P3(H2)?P(CO)

P(CH4)?P(H2O)

，正反應氣體體積增大，△S＞0，故答案為：

P3(H2)?P(CO)

P(CH4)?P(H2O)

；＞；
②A、不能說明正逆反應速率相等，故A錯誤；
B、反應前后氣體體積不同，所以壓強不變說明各組分濃度不變了，反應達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C、體積不變，反應物互為生成物都是氣體，質量不變，所以密度不變不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D、平均相對分子質量不變，說明氣體物質的量不變了，各組分濃度不變了，反應達到平衡狀態(tài)，故D正確；
故選BD；
（2）圖1中各反應的熱化學方程式為：
①CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-282KJ/mol
②H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-846.3KJ/mol
由蓋斯定律③-②×3-①得到：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g）△H=+161.1kJ?mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g）△H=+161.1kJ?mol^-1；
（3）①催化劑通過降低反應的活化能，增大活化分子的百分數(shù)，從而增大有效碰撞的次數(shù)，達到加快反應速率的目的，
故答案為：b；催化劑能降低該反應的活化能，提高了活化分子的百分數(shù)，有效碰撞的次數(shù)增加，化學反應速率加快；
②反應前后氣體體積不變，容器體積從2L變?yōu)?L時，平衡不發(fā)生移動，只是CO的濃度變?yōu)樵瓉淼?倍；平衡常數(shù)隨溫度的升高而減小，說明正反應放熱，溫度升高時平衡向吸熱的逆向移動，CO濃度增大；如圖，
故答案為：

點評：本題考查了化學平衡常數(shù)的書寫、蓋斯定律的應用、催化劑的原理、平衡移動，題目有一定難度．