Question

【題目】合成氨對化學工業和國防工業具有重要意義。

（1）根據圖1請寫出合成氨的熱化學方程式 (熱量用E1、E2或E3表示)

（2）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2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2中氨氣的體積分數為15％時，H2的轉化率為 。

②圖3中T=450℃，則溫度為500℃時對應的曲線是 (填“a”或“b”)。

（3）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2 L的恒容容器中發生上述反應，各物質的物質的量變化如下表：

①分析表中數據，判斷5 min時反應是否處于平衡狀態? (填“是”或“否”)，前5 min反應的平均反應速率v(CH4) = 。

②在相同實驗條件下，若改為加入CH4 0.1mol，若要求平衡后H2在反應混合氣中質量分數不變，則還需加入的物質及其物質的量為

③反應在7~10 min內，CO的物質的量減少的原因可能是 (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下列方法中可以證明上述已達平衡狀態的是

a.單位時間內生成3n mol H2的同時生成n mol CO

b.容器內壓強不再變化

c.混合氣體密度不再變化

d.混合氣體的平均相對分子質量不再變化

e.CH4的質量分數不再變化

⑤已知碳的氣化反應在不同溫度下平衡常數的對數值（lgK）如下表:

則反應CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在900K時，該反應平衡常數的對數值（lgK）=_________.

Answer 1

【答案】（1）N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-2(E3-E1)KJ.mol－1

（2）①24.46% ②a

（3）①是；0.02mol·L-1·min-1；

②CO 0.3mol H2 0.9mol H2O 0.7mol

③d ④bde ⑤ 0.36

【解析】

試題分析：（1）化學反應的焓變等于反應物的活化能減去生成物的活化能，根據圖1信息寫出合成氨的熱化學方程式為N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-2(E3-E1)KJ.mol－1 。

（2）①利用三段式分析。設參加反應的N2的物質的量為x，

N2+3H22NH3

起始（mol）：1 4 0

變化（mol）：x 3x 2x

平衡（mol）：1-x 4-3x 2x

氨氣的體積分數為15.00%時，則2x/(5-2x) =15%，解得x=0.33（mol），所以氫氣的轉化率=（0.33×3）/4×100%=24.45%.

②合成氨的反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，氨氣的體積分數減小，對應的曲線是a。

（3）①分析表中數據，5min時x1=x2=0.20mol，7min時CH4的量沒有改變，說明5min時已達到平衡狀態；v(CH4)=0.2mol÷2L÷5min=0.02 mol·L-1·min-1。

②根據恒溫恒容容器中等量等效分析判斷。起始加入0.40molCH4、1.00molH2O與起始加入0.1molCH4、0.7molH2O、0.3molCO和0.9molH2的物質的量相當，會達到同一平衡狀態，平衡后H2在反應混合氣中質量分數不變，則還需加入的物質及其物質的量為CO 0.3mol、H2 0.9mol、H2O 0.7mol。

③分析表中數據知反應在7~10 min內，H2的物質的量增加、CO的物質的量減少，甲烷的物質的量增加，則是通過增加H2的物質的量使平衡逆向移動，選d。

④a .單位時間內生成3n mol H2的同時生成n mol CO ，二者均為正反應速率，不能說明正逆反應速率相等，不能說明已達到平衡狀態，錯誤；b. 該反應正向為氣體物質的量增大的反應，隨著反應的進行，容器內壓強逐漸增大，當容器內壓強不再變化時反應達到平衡狀態，正確；c.根據質量守恒定律知容器內氣體質量不變，容器的體積不變，容器內混合氣體的密度始終保持不變，混合氣體密度不再變化不能說明反應達到平衡狀態，錯誤；d.隨著反應的進行容器內氣體的質量不變，氣體的物質的量逐漸增大，混合氣體的平均相對分子質量逐漸減小，當平均相對分子質量不再變化說明反應達到平衡狀態，正確；e. CH4的質量分數不再變化，反應達到平衡狀態，正確；選bde。

⑤已知：①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的平衡常數K1=c(CO)c(H2)/c(H2O)，

②C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)的平衡常數K2=c(CO2)c2(H2)/c2(H2O)，

反應CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常數K= c(CO2)c(H2)/c (H2O)=K2/K1，在900K時，該反應平衡常數的對數值（lgK）=lgK2-lgK1=(-0.03)-(-0.39)=0.36。