Question

合成氨對化學工業和國防工業具有重要意義．
（1）向合成塔中按物質的量之比l：4充入N₂、H₂進行氨的合成，圖A為T℃時平衡混合物中氨氣的體積分數與壓強（p）的關系圖．

①圖A中氨氣的體積分數為15%時，H₂的轉化率為

24.46%

．
②圖B中T=450℃，則溫度為500℃時對應的曲線是

a

（填“a”或“b”）．
（2）合成氨所需的氫氣可由甲烷與水反應制得，反應的熱化學方程式為
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0，一定溫度下，在體積為2L的恒容容器中發生上述反應，各物質的物質的量變化如表：

時間/min	CH4（mol）	H2O（mol）	CO（mol）	H2（mol）
0	0.40	1.00	0	0
5	x1	0.80	x2	0.60
7	0.20	y1	0.20	y2
10	0.21	0.81	0.19	0.64

①分析表中數據，判斷5min時反應是否處于平衡狀態？

是

（填“是”或“否”），前5min反應的平均反應速率v（CH₄）=

0.02mol?L^-1?min^-1

．
②該溫度下，上述反應的平衡常數K=

0.0675

．
③反應在7～10min內，CO的物質的量減少的原因可能是

d

（填字母）．
a．減少CH₄的物質的量        b．降低溫度          c．升高溫度             d．充入H₂
④若第7分鐘時將容器壓縮至1L，請在圖C所示坐標系中畫出從第7分鐘到第11分鐘建立新平衡時甲烷濃度隨時間的變化曲線．

Answer 1

分析：（1）根據三段法計算來確定物質的轉化率；
②降低溫度，化學平衡向放熱反應方向移動；
④從生產實際考慮增大壓強對設備的損耗情況；
（2）①化學平衡狀態時各組分的濃度不再隨時間的改變而改變，根據v=

△c

△t

來計算反應的速率；
②先求出平衡時各物質的濃度，然后根據平衡常數K等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比來解答；
③根據影響化學平衡移動的因素來分析；
④第7分鐘末將容器的體積縮至1L，瞬間甲烷的濃度變為原來的2倍，壓強增大，平衡向逆反應移動，甲烷濃度增大，但不可能完全轉化，小于0.4mol/L，最終達到新的平衡，據此作圖．

解答：解：（1）①設N₂的轉化率為x，
       N₂ +3H₂

催化劑

高溫高壓

   2NH₃
初始：1        4            0
變化：x        3x          2x 
平衡：1-x   4-3x         2x
氨氣的體積分數為15.00%時，則

2x

2x+1-x+4-3x

×100%=15%
解得x=0.33，所以氫氣的轉化率=

0.33×3

4

×100%≈24.45%，故答案為：24.45%；
②對于反應 N₂+3H₂

催化劑

高溫高壓

2NH₃，△H＜0，當溫度升高時，化學平衡向吸熱熱反應方向移動，即逆反應移動，所以氨氣的體積分數減少，對應的曲線是a，
故答案為：a；
（2）①根據CO和H₂的物質的量的變化情況可以判斷，5?7min之間反應是處于平衡狀態，所以5min時反應是處于平衡狀態；
前5min平均反應速率v（CH₄）=

△c

△t

=

0.4mol-0.2mol 2L

5min

=0.02mol/L?min^-1；
故答案為：是；0.02mol?min^-1；
②CH₄（g）+H₂O?CO（g）+3H₂（g）
起始（mol/L）  0.20      0.50       0       0
反應（mol/L）   0.10     0.10      0.10    0.30
平衡（mol/L）   0.10     0.40      0.10    0.30
該反應的平衡常數K=

0.303×0.10

0.10×0.40

=0.0675，
故答案為：0.0675；
③反應在7～10min之間，CO的物質的量減少，加入氫氣能讓平衡逆向移動，減少一氧化碳的濃度，故答案為：d；
④第7分鐘末將容器的體積縮至1L，瞬間甲烷的濃度變為原來的2倍，壓強增大，平衡向逆反應移動，甲烷濃度增大，但不可能完全轉化，小于0.4mol/L，最終達到新的平衡，圖為：，故答案為：；

點評：本題主要考查了反應速率、平衡常數的計算、外界條件對化學平衡的影響，注意三段法在計算中的運用．