Question

(14分)合成氨對化學(xué)工業(yè)和國防工業(yè)具有重要意義。
(1)向合成塔中按物質(zhì)的量之比l：4充入N₂、H₂進(jìn)行氨的合成，圖A為T℃時(shí)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圖A中氨氣的體積分?jǐn)?shù)為15％時(shí)，H₂的轉(zhuǎn)化率為           。
②圖B中T=450℃，則溫度為500℃時(shí)對應(yīng)的曲線是           (填“a”或“b”)。
(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2 L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：

①分析表中數(shù)據(jù)，判斷5 min時(shí)反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)?                    (填“是”或“否”)，前5 min反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v(CH₄)=               。
②該溫度下，上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=            。
③反應(yīng)在7~10 min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
④若第7分鐘時(shí)將容器壓縮至1L，請?jiān)谙铝凶鴺?biāo)系中畫出從第7分鐘到第11分鐘建立新平衡時(shí)甲烷濃度隨時(shí)間的變化曲線。
a

Answer 1

(1) ①24.46% ②a　(2) ①是；0.02mol·L^-1·min^-1；②0.0675；③d
④

試題分析：（1）N₂(g)  +3H₂(g)2NH₃(g)   
起始  a      4a
反應(yīng)  x      3x       2x
平衡  a－x    4a－3x    2x
氨氣的體積分?jǐn)?shù)為，解得 ；氫氣轉(zhuǎn)化率為=24.46%；
溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，體積分?jǐn)?shù)減小，故曲線為a。
（2）①5min時(shí)x₁=x₂=0.20mol，7min時(shí)CH₄的量沒有改變，說明5min時(shí)已達(dá)到平衡狀態(tài)；v(CH₄)=0.2mol÷2L÷5min=0.02mol/(L·min)
②K==0.0675；
③7~10 min，氫氣濃度增大，其他濃度均減小，平衡逆向移動(dòng)，故為充入氫氣；
④壓縮容器體積，等效于增大壓強(qiáng)，平衡向左移動(dòng)，甲烷濃度增大，但CO和H₂不可能完全轉(zhuǎn)化成甲烷和水，0.2molCO和水最多生成甲烷0.2mol，所以平衡時(shí)甲烷濃度小于0.4mol/L。
點(diǎn)評：本題最后一問若利用平衡常數(shù)計(jì)算相當(dāng)繁瑣，可利用極端假設(shè)法思考出最終甲烷濃度最大值然后作出示意圖。