Question

13．运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义，请完成下列探究．
（1）生产氢气：将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气．C（s）+H₂O（g）?H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ•mol^-1，△S=+133.7J•mol^-1•K^-1，
①该反应在低温下不能（填“能”或“不能”）自发进行．
②写出该反应的平衡常数表达式k=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$．
（2）已知在400℃时，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的K=0.5．
①在400℃时，2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的K′=2（填数值）．
②400℃时，在0.5L的反应容器中进行合成氨反应，一段时间后，测得N₂、H₂、NH₃的物质的量分别为2mol、1mol、2mol，则此时反应v（N₂）正= v（N₂）逆（填“＞”、“＜”、“=”或“不能确定”）．
③若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气，则合成氨反应的平衡向左移动（填“向左”、“向左”或“不”）；使用催化剂，反应的△H不改变（填“增大”、“减小”或“不改变”）．
（3）水煤气转化反应CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）在一定温度下达到化学平衡．现将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中进行反应，得到如表两组教据：

实验组	温度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		达到平衡所需时间/min
		H2O	CO	H2	CO
1	650	2	4	1.6	2.4	5
2	900	1	2	0.4	1.6	3

①实验l中以CO₂表示的反应速率为v（CO₂）=0.16mol/（L•min）；
②实验1的平衡常数K₁大于实验2的平衡常数K₂ （填“大于””小于，“等于”“不能确定”）．
③该反应正方向为放 （填“吸”或‘放”）热反应．

Answer 1

分析 （1）①根据反应能否自发进行的判据：△H-T△S＜0，反应自发进行，代入数据来计算；
②k=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$；
（2）①互为逆反应的化学反应平衡常数互为倒数；
②根据浓度熵和平衡常数之间的关系来判断反应的状态；
③恒压条件下向平衡体系中通入氩气，体积增大，平衡向逆方向移动；催化剂对反应热不影响；
（3）①已知平衡时c（H₂）=1.6mol，所以c（CO₂）=1.6mol，根据公式求出v（CO₂）
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始（c）  2                 1             0                 0
变化          0.8             0.8            0.8             0.8
平衡          1.2             0.2             0.8             0.8，k₁=$\frac{0.8×0.8}{1.2×0.2}$=2.7，
               CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始（c）  1               0.5             0                 0
变化          0.2             0.2            0.2               0.2
平衡          0.8             0.3             0.2            0.2，k₂=$\frac{0.2×0.2}{0.8×0.3}$=0.17，故K₁ 的平衡常数大于K₂；
③第二组温度比第一组高，反应物物质的量比第一组减半，但是平衡时H₂的物质的量比第一组的一半少，表明该反应为放热反应．

解答 解：（1）①△H-T△S=131.3KJ/mol-T×133.7×0.001KJ/（K•mol），在低温下，该值一定是大于0的，所以不能在低温下自发进行，
故答案为：不能；
②k=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$，
故答案为：k=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$；
（2）①反应2NH₃（g）?N₂ （g）+3H₂（g）和反应N₂ （g）+3H₂（g）?2NH₃（g）是互为可逆反应，平衡常数互为倒数，故此反应的平衡常数是2，
故答案为：2；
②一段时间后，当N₂、H₂、NH₃的物质的量分别为4mol/L、2mol/L、4mol/L时，Qc=$\frac{{4}^{2}}{4×{2}^{3}}$=0.5=K₁，所以该状态是平衡状态，正逆反应速率相等，
故答案为：=；
③恒压条件下向平衡体系中通入氩气，体积增大，平衡向逆方向移动；加入催化剂，只改变反应的活化能，但反应热不变；
故答案为：向左；不改变；
（3）①已知平衡时c（H₂）=1.6mol，所以c（CO₂）=1.6mol，v（CO₂）=$\frac{\frac{1.6mol}{2L}}{5min}$=0.16mol/（L•min），
故答案为：0.16mol/（L•min）；
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始（c）  2                 1             0                 0
变化          0.8             0.8            0.8             0.8
平衡          1.2             0.2             0.8             0.8，k₁=$\frac{0.8×0.8}{1.2×0.2}$=2.7，
               CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始（c）  1               0.5             0                 0
变化          0.2             0.2            0.2               0.2
平衡          0.8             0.3             0.2            0.2，k₂=$\frac{0.2×0.2}{0.8×0.3}$=0.17，故K₁ 的平衡常数大于K₂，
故答案为：大于；
③第二组温度比第一组高，反应物物质的量比第一组减半，但是平衡时H₂的物质的量比第一组的一半少，表明该反应为放热反应，
故答案为：放；

点评 本题考查学生有关化学平衡的有关知识，主要涉及反应能否自发进行，平衡常数的计算及表示方法，平衡移动等，可以根据所学知识进行回答，难度不大．