Question

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/℃	360	440	520
K值	0.036	0.010	0.0038

(1)①写出工业合成氨的化学方程式：________________。

②由表中数据可知该反应为放热反应，理由是________。

③理论上，为了增大平衡时H₂的转化率，可采取的措施是______

(填字母序号)。

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，当初始混合气中的恒定时，温度、压强对平衡混合气中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________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5 L的容器中充入1 mol水蒸气和1 mol CO，反应达平衡后，测得CO的浓度为0.08 mol·L^－1，则平衡时CO的转化率为________该温度下反应的平衡常数K值为________。

②保持温度仍为T ℃，改变水蒸气和CO的初始物质的量之比，充入容积固定为5 L的容器中进行反应，下列描述能够说明体系处于平衡状态的是________________(填字母序号)。

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 mol H₂

d．混合气中n(CO)n(H₂O)n(CO₂)n(H₂)＝11666

Answer 1

解析：本题考查了化学平衡及其移动、化学平衡常数的有关计算及其应用等，意在考查考生运用所学知识综合分析、解决问题的能力。(1)③合成氨反应为气体分子数减小的反应，故增大压强时平衡正向移动，a对；催化剂不能改变反应的限度，b错；合成氨反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，c错；及时分离出产物，减小了生成物的浓度，有利于反应正向进行，d对。(2)①在p₂压强下的曲线上任意一点向下作垂线，由此看出相同温度时，压强为p₁时甲烷平衡含量小，说明p₁时反应限度大，而该反应为气体分子数增大的反应，故p₁<p₂。②由图像看出随温度升高，甲烷平衡含量减小，即升高温度，平衡正向移动，故该反应是吸热反应。

(3)①根据“三段式”：

　　　　　　　CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)

起始(mol·L^－1)   0.2     0.2       0       0

转化(mol·L^－1)   0.12    0.12      0.12    0.12

平衡(mol·L^－1)   0. 08    0.08      0.12    0 12

平衡时CO的转化率：×100%＝60%，该温度下反应的平衡常数K＝＝。②该反应为气体分子数不变的反应，无论反应是否达到平衡，压强均不变，a错；容器体积不变，且容器中气体的质量不变，故密度不变与反应是否达到平衡无关，b错；单位时间内生成a mol CO₂的同时消耗a mol H₂，相当于消耗a mol CO₂的同时生成a mol CO₂，正逆反应速率相等，说明反应达到平衡状态，c对；混合气体中n(CO):n(H₂O):n(CO₂):n(H₂)＝1:16:6:6，设n(CO)＝x mol，则浓度商Q_c＝＝＝K，处于化学平衡状态，d对。

答案：(1)①N₂＋3H₂2NH₃(2分)　②随温度升高，反应的平衡常数K值减小(2分)　③a、d(2分)

(2)①<(1分)　②吸热(1分)

(3)①60%(2分)　或2.25(2分)　②c、d(2分)