Question

【題目】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_______。

②圖B中T=500℃，則溫度為450℃時對應的曲線是_______(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”）。

②該溫度下，上述反應的平衡常數K=_____________________。

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反應已達平衡狀態的是___________。

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：

氣化反應式	lgK
	700K	900K	1200K
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)	-2.64	-0.39	1.58
C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g)	-1.67	-0.03	1.44

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）=_______。

（3）在容積可變的密閉容器中發生反應：mA(g)+nB(g)pC(g)，在一定溫度和不同壓強下達到平衡時，分別得到A的物質的量濃度如下表:

壓強p/Pa	2×105	5×105	1×106
c（A）/molL-1	0.08	0.20	0.44

①當壓強從2×105Pa增加到5×105Pa時，平衡______移動（填“正向、逆向或不”）。

②當壓強為1×106Pa時，此反應的平衡常數表達式為______________。

Answer 1

【答案】 24.5% b 是 0.0675 d bde 0.36 不

【解析】(1)①設N2的轉化率為x，
N2 +3H2 2NH3
初始：140
變化：x3x　2x
平衡：1-x4-3x 2x
氨氣的體積分數為15.00%時，則×100%=15%，解得x=0.33，所以氫氣的轉化率=×100%≈24.5%；
②對于反應 N2+3H22NH3，△H＜0，當溫度降低時，化學平衡向放熱反應方向移動，即正反應移動，所以氨氣的體積分數增大，對應的曲線是b；
(2)①5min時H2O的變化物質的量為1.00mol-0.8mol=0.2mol，此時生成的CO的物質的是量為0.2mol，和7min時CO的物質的量相等，則根據CO和H2的物質的量的變化情況可以判斷，57min之間反應是處于平衡狀態，所以5min時反應是處于平衡狀態；

②該溫度下，

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

起始濃度為(mol/L) 0.2 0.5 0 0

變化濃度為(mol/L) 0.1 0.1 0.1 0.3

起始濃度為(mol/L) 0.1 0.4 0.10 0.3

此溫度下反應的平衡常數K===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；

④a．隨反應的進行，單位時間內生成3n mol H2的同時生成n mol CO，均為正反應速率，故a錯誤；b．反應前后氣體總的物質的量隨反應的進行，在不斷變化，當平衡時，總物質的量不變，此時容器內壓強不再變化，則為平衡狀態，故b正確；c．混合氣體的質量和氣體總體積始終不變，則密度始終不變，無法判斷是否為平衡狀態，故c錯誤；d．混合氣體的總質量始終不變，但氣體總物質的量是不定值，則當混合氣體的平均相對分子質量不再變化時，此時反應為平衡狀態，故d正確；e．CH4的質量分數不再變化，說明反應處于相對靜止狀態，為平衡狀態，故e正確；答案為bde；

⑤已知：Ⅰ．C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)，令平衡常數為K1，
Ⅱ．C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g)，令平衡常數為K2，
則Ⅱ-Ⅰ可得：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，故該反應平衡常數K=，故lgK=lgK2-lgK1=-0.03-(-0.39)=0.36；

(3)①由表格數據可知當壓強從2×105Pa增大為5×105Pa時，壓強增大2.5倍，體積變為倍，濃度由0.08增大為0.20molL-1，也增大2.5倍，所以增大壓強平衡不移動；

②由表格數據可知當壓強從5×105Pa增大為1×106Pa時，壓強增大2倍，體積變為倍，濃度應該由0.20增大為0.40molL-1，但是實際上A的濃度為0.44，說明平衡逆移，則反應前氣體的物質的量小于反應后氣體的物質的量，則反應物B不在是氣態，所以此反應的平衡常數表達式為K=。