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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 440520
K0.0360.0100.0038
(1)①写出工业合成氨的化学方程式
 

②由上表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,向容积固定为5L的容器中充入1mol水蒸气和1mol CH4,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“<”).
该反应为
 
反应(填“吸热”或“放热”).
②T℃时,反应达平衡后,测得CO的浓度为0.08mol?L-1,则平衡时CH4的转化率为
 
,该温度下反应的平衡常数K值为
 

③下列描述能够说明体系处于平衡状态的是
 
(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 CH4的同时消耗a mol H2
d.混合气中n(CH4):n(H2O):n(CO):n(H2)=1:1:1:3.
考点:化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断
专题:化学平衡专题
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依据图标数据分析,平衡常数随温度升高减小,平衡逆向进行说明反应是放热反应
③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,依据平衡移动原理分析判断;
(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
  催化剂  
.
高温高压
2NH3,故答案为:N2+3H2
  催化剂  
.
高温高压
2NH3
②图表中平衡常数随温度升高减小,说明平衡逆向进行,逆向是吸热反应,正向是放热反应,故答案为:随温度升高,反应的平衡常数K减小;
③反应是N2+3H2
  催化剂  
.
高温高压
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;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;
②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
               CH4(g)+H2O (g)?CO(g)+3H2(g)
起始量(mol/L) 0.2      0.2       0        0
变化量(mol/L) 0.08     0.08     0.08     0.08
平衡量(mol/L) 0.12     0.12     0.108    0.08
平衡时CH4的转化率=
0.08mol/L
0.2mol/L
×100%=40%
则该温度下反应的平衡常数K=
0.08×0.08
0.12×0.12
=0.038
故答案为:40%;0.038;
③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,CH4(g)+H2O (g)?CO(g)+3H2(g),反应后气体体积增大;
a.正反应气体体积增大,容器内压强不随时间改变,能说明反应达到平衡状态,故a符合;
b.混合气体质量守恒,容器体积不变,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amolCH4的同时消耗amolH2,都是逆反应速率,且不符合化学计量数之比,不能说明正逆反应速率相同,不能说明反应达到平衡状态,故c不符合;
d.混合气中各组分物质的量之比决定于反应开始时加入的多少,故d不符合;
故答案为:a.
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.
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