Question

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2L的恒容容器中发生上述反应，各物质的物质的量变化如表：

时间/min	CH4（mol）	H2O（mol）	CO（mol）	H2（mol）
0	0.40	1.00	0	0
5	x1	0.80	x2	0.60
7	0.20	y1	0.20	y2
10	0.21	0.81	0.19	0.64

①分析表中数据，判断5min时反应是否处于平衡状态？______（填“是”或“否”），前5min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7～10min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，请在图C所示坐标系中画出从第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．

Answer 1

解：（1）①设N₂的转化率为x，
N₂ +3H₂ 2NH₃
初始：1 4 0
变化：x 3x 2x
平衡：1-x 4-3x 2x
氨气的体积分数为15.00%时，则×100%=15%
解得x=0.33，所以氢气的转化率=×100%≈24.45%，故答案为：24.45%；
②对于反应 N₂+3H₂2NH₃，△H＜0，当温度升高时，化学平衡向吸热热反应方向移动，即逆反应移动，所以氨气的体积分数减少，对应的曲线是a，
故答案为：a；
（2）①根据CO和H₂的物质的量的变化情况可以判断，5?7min之间反应是处于平衡状态，所以5min时反应是处于平衡状态；
前5min平均反应速率v（CH₄）===0.02mol/L?min^-1；
故答案为：是；0.02mol?min^-1；
②CH₄（g）+H₂O?CO（g）+3H₂（g）
起始（mol/L） 0.20 0.50 0 0
反应（mol/L） 0.10 0.10 0.10 0.30
平衡（mol/L） 0.10 0.40 0.10 0.30
该反应的平衡常数K==0.0675，
故答案为：0.0675；
③反应在7～10min之间，CO的物质的量减少，加入氢气能让平衡逆向移动，减少一氧化碳的浓度，故答案为：d；
④第7分钟末将容器的体积缩至1L，瞬间甲烷的浓度变为原来的2倍，压强增大，平衡向逆反应移动，甲烷浓度增大，但不可能完全转化，小于0.4mol/L，最终达到新的平衡，图为：，故答案为：；
分析：（1）根据三段法计算来确定物质的转化率；
②降低温度，化学平衡向放热反应方向移动；
④从生产实际考虑增大压强对设备的损耗情况；
（2）①化学平衡状态时各组分的浓度不再随时间的改变而改变，根据v=来计算反应的速率；
②先求出平衡时各物质的浓度，然后根据平衡常数K等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比来解答；
③根据影响化学平衡移动的因素来分析；
④第7分钟末将容器的体积缩至1L，瞬间甲烷的浓度变为原来的2倍，压强增大，平衡向逆反应移动，甲烷浓度增大，但不可能完全转化，小于0.4mol/L，最终达到新的平衡，据此作图．
点评：本题主要考查了反应速率、平衡常数的计算、外界条件对化学平衡的影响，注意三段法在计算中的运用．