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10.合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径,其研究来自正确的理论指导,合成氨反应的平衡常数K值和温度的关系如下:
温 度(℃)360440520
K值0.0360.0100.0038
(1)①写出工业合成氨的化学方程式N2+3H2$?_{高温高压}^{催化剂}$2NH3
②理论上,为了增大平衡时H2的转化率,可采取的措施是ad.(填序号)
a.增大压强                   b.使用合适的催化剂
c.升高温度                   d.及时分离出产物中的NH3
(2)原料气H2可通过反应 CH4(g)+H2O (g)?CO(g)+3H2(g) 获取,已知该反应中,当初始混合气中的$\frac{n({H}_{2}O)}{n(C{H}_{4})}$恒定时,温度、压强对平衡混合气CH4含量的影响如图所示:
①图中,两条曲线表示压强的关系是:P1<P2(填“>”、“=”或“<”).
②该反应为吸热反应(填“吸热”或“放热”).
(3)原料气H2还可通过反应CO(g)+H2O(g)?CO2 (g)+H2(g) 获取.
①T℃时,向容积固定为5L的容器中充入1mol水蒸气和1mol CO,反应达平衡后,测得CO的浓度为0.08mol•L-1,则平衡时CO的转化率为60%,该温度下反应的平衡常数K值为2.25.
②保持温度仍为T℃,改变水蒸气和CO的初始物质的量之比,充入容器进行反应,下列描述能够说明体系处于平衡状态的是cd(填序号).
a.容器内压强不随时间改变
b.混合气体的密度不随时间改变
c.单位时间内生成a mol CO2的同时消耗a molH2
d.混合气中n(CO):n(H2O):n(CO2):n(H2)=1:16:6:6.

分析 (1)①工业合成氨是氮气和氢气在催化剂作用下高温高压反应生成氨气;
②为了增大平衡时H2的转化率,平衡正向进行分析选项;
(2)①依据图象变化分析,相同温度下,CH4(g)+H2O (g)═CO(g)+3H2(g),反应是气体体积增大的反应,压强越大,平衡逆向进行,甲烷平衡含量越高;
②压强一定,温度升高,甲烷平衡含量减小,平衡正向进行,据此判断;
(3)①依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度,结合平衡常数概念计算得到;
②化学平衡状态,反应的正逆反应速率相同,各成分含量保持不变分析选项.

解答 解:(1)①合成氨的化学方程式为N2+3H2$?_{高温高压}^{催化剂}$2NH3
故答案为:N2+3H2$?_{高温高压}^{催化剂}$2NH3
②反应是N2+3H2$?_{高温高压}^{催化剂}$2NH3,反应是气体体积减小的放热反应,为了增大平衡时H2的转化率,平衡正向进行分析,
a.增大压强,平衡正向进行,氢气转化率增大,故a符合;
b.使用合适的催化剂,改变反应速率,不能改变平衡,氢气转化率不变,故b不符合;
c.升高温度平衡逆向进行,氢气转化率减小,故c不符合;
d.及时分离出产物中的NH3,平衡正向进行,氢气转化率增大,故d符合;
故答案为:ad;
(2)①依据图象变化分析,相同温度下,CH4(g)+H2O (g)═CO(g)+3H2(g),反应是气体体积增大的反应,压强越大,平衡逆向进行,甲烷平衡含量越高,所以P2>P1;故答案为:<;
②压强一定,温度升高,甲烷平衡含量减小,平衡正向进行,正反应为吸热反应;
故答案为:吸热;
(3)①依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度,℃时,向容积固定为5L的容器中充入1mol水蒸气和1mol CO,反应达平衡后,测得CO的浓度为0.08mol•L-1
                 CO(g)+H2O(g)═CO2 (g)+H2(g)
起始量(mol/L)   0.2     0.2       0         0
变化量(mol/L)  0.12     0.12      0.12      0.12
平衡量(mol/L)  0.08     0.08      0.12       0.12
平衡时CO的转化率=$\frac{0.12mol/L}{0.2mol/L}$×100%=60%
则该温度下反应的平衡常数K=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.08}$=2.25
故答案为:60%;2.25;
②化学平衡状态,反应的正逆反应速率相同,各成分含量保持不变分析选项,CO(g)+H2O(g)═CO2 (g)+H2(g),反应是气体体积不变反应;
a.反应过程中和平衡状态下压强相同,容器内压强不随时间改变,不能说明反应达到平衡状态,故a不符合;
b.混合气体质量守恒,反应前后气体体积不变,反应过程中和平衡状态下,混合气体的密度不随时间改变,不能说明反应达到平衡状态,故b不符合;
c.单位时间内生成amolCO2的同时消耗amolH2,说明二氧化碳或氢气的正逆反应速率相同,说明反应达到平衡状态,故c符合;
d.混合气中n(CO):n(H2O):n(CO2):n(H2)=1:16:6:6,依据反应前后气体物质的量相同,可以利用物质的量代替浓度计算浓度商和平衡常数比较,Q=$\frac{6×6}{1×16}$=2.25=K,说明反应达到平衡状态,故d符合;
故答案为:cd.

点评 本题考查了化学平衡影响因素,平衡标志分析,平衡常数的计算应用,主要是图象分析判断,平衡移动原理的理解应用,掌握基础是关键,题目难度中等.

练习册系列答案
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(1)B在周期表中的位置是第二周期ⅦA族,甲的电子式是E的元素符号是Cl.
(2)单质D与C的最高价氧化物对应水化物的水溶液反应的离子方程式是2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑.
(3)单质E是一种有毒气体,在实验室中多余的E通常用C的最高价氧化物对应水化物的水溶液吸收,则该反应的离子方程式是Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O.

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(2)不同温度下反应②的平衡常数如表所示.则△H2< 0(填“<”“>”);
温度/℃400500800
平衡常数K9.9491
在500℃时,把等物质的量浓度的CO和H2O(g)充入反应容器,达到平衡时c(CO)=0.005mol/L、c(H2)=0.015mo/L,则CO的平衡转化率为75%.
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9.下列有关实验的说法正确的是(  )
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20.已知一种香料的结构简式为,请回答以下问题:
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