Question

(14分)合成氨对化学工业和国防工业具有重要意义。
(1)向合成塔中按物质的量之比l：4充入N₂、H₂进行氨的合成，图A为T℃时平衡混合物中氨气的体积分数与压强(p)的关系图。
①图A中氨气的体积分数为15％时，H₂的转化率为           。
②图B中T=450℃，则温度为500℃时对应的曲线是           (填“a”或“b”)。
(2)合成氨所需的氢气可由甲烷与水反应制得，反应的热化学方程式为
CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) △H>0，一定温度下，在体积为2 L的恒容容器中发生上述反应，各物质的物质的量变化如下表：

①分析表中数据，判断5 min时反应是否处于平衡状态?                    (填“是”或“否”)，前5 min反应的平均反应速率v(CH₄)=               。
②该温度下，上述反应的平衡常数K=            。
③反应在7~10 min内，CO的物质的量减少的原因可能是           (填字母)。
a．减少CH₄的物质的量        b．降低温度          c．升高温度            d．充入H₂
④若第7分钟时将容器压缩至1L，请在下列坐标系中画出从第7分钟到第11分钟建立新平衡时甲烷浓度随时间的变化曲线。
a

Answer 1

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

试题分析：（1）N₂(g)  +3H₂(g)2NH₃(g)   
起始  a      4a
反应  x      3x       2x
平衡  a－x    4a－3x    2x
氨气的体积分数为，解得 ；氢气转化率为=24.46%；
温度升高，平衡逆向移动，体积分数减小，故曲线为a。
（2）①5min时x₁=x₂=0.20mol，7min时CH₄的量没有改变，说明5min时已达到平衡状态；v(CH₄)=0.2mol÷2L÷5min=0.02mol/(L·min)
②K==0.0675；
③7~10 min，氢气浓度增大，其他浓度均减小，平衡逆向移动，故为充入氢气；
④压缩容器体积，等效于增大压强，平衡向左移动，甲烷浓度增大，但CO和H₂不可能完全转化成甲烷和水，0.2molCO和水最多生成甲烷0.2mol，所以平衡时甲烷浓度小于0.4mol/L。
点评：本题最后一问若利用平衡常数计算相当繁琐，可利用极端假设法思考出最终甲烷浓度最大值然后作出示意图。