Question

合成氨對(duì)化學(xué)工業(yè)和國防工業(yè)具有重要意義．
（1）向合成塔中按1：4的物質(zhì)的量之比充入N₂、H₂進(jìn)行氨的合成，圖A為T⁰C時(shí)平衡混合物中氨氣的體積分?jǐn)?shù)與壓強(qiáng)（P）的關(guān)系圖．

①寫出工業(yè)上合成氨的化學(xué)方程式

N₂+3H₂

催化劑 .

高溫高壓

2NH₃

．
②圖A中氨氣的體積分?jǐn)?shù)為15.00%時(shí)，H₂的轉(zhuǎn)化率=

24.45%

．
③圖B中T=500°C，溫度為450⁰C對(duì)應(yīng)的曲線是

b

（選填字母“a“或“b”），選擇的理由是

合成氨的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，根據(jù)勒夏特列原理，其他條件不變，降低溫度，化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)

④由圖象知，增大壓強(qiáng)可提高原料的利用率，從生產(chǎn)實(shí)際考慮增大壓強(qiáng)需解決的問題是

研制耐壓設(shè)備（或增大壓強(qiáng)的動(dòng)力、材料的強(qiáng)度等其他合理答案）

（寫出一條即可）．
（2）合成氨所需的氫氣可由甲烷與水反應(yīng)制得，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
CH₄（g）+H₂OCO（g）+3H₂（g）；△H=+QkJ/mol（Q＞0）
（3）一定溫度下，在2L容器中發(fā)生上述反應(yīng)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量變化如下表

時(shí)間/min	CH4（mol）	H20（ mol）	CO （mol）	H2 （mol）
0	0.40	1.00	0	0
5	X1	X2	X3	0.60
7	Y1	Y2	0.20	Y3
10	0.21	0.81	0.19	0.62

①分析表中數(shù)據(jù)，判斷5?7min之間反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)

是

（填“是”或“否”），
前5min平均反應(yīng)速率v（CH₄）=

0.02mol?min^-1

．
②反應(yīng)在7～10min之間，CO的物質(zhì)的量減少的原因可能是

d

（填字母）．
a?減少CH₄      b?降低溫度c?增大壓強(qiáng)d?充入H₂
③若保持溫度不變，向1L容器中起始充入0.15mol CH₄.0.45mol H₂O．

0.05

mol CO、

0.15

mol H₂，達(dá)到平衡時(shí)CH₄的體積百分含量與第一次投料相同．

Answer 1

分析：（1）①工業(yè)上利用氮?dú)夂蜌錃鈦砗铣砂保?BR>②根據(jù)三行計(jì)算來確定物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率；
③降低溫度，化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)；
④從生產(chǎn)實(shí)際考慮增大壓強(qiáng)對(duì)設(shè)備的損耗情況；
（2）①化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)各組分的濃度不再隨時(shí)間的改變而改變，根據(jù)v=

△c

△t

來計(jì)算反應(yīng)的速率；
②根據(jù)影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素來分析；
③根據(jù)等效平衡知識(shí)來回答．

解答：解：（1）①工業(yè)上利用氮?dú)夂蜌錃鈦砗铣砂�，原理方程式為：N₂+3H₂

催化劑 .

高溫高壓

2NH₃，故答案為：N₂+3H₂

催化劑 .

高溫高壓

2NH₃；
②設(shè)N₂的轉(zhuǎn)化率為x，則N₂+3H₂

催化劑 .

高溫高壓

2NH₃
初始物質(zhì)的量：1    4            0
變化的物質(zhì)的量：x     3x          2x 
平衡時(shí)的物質(zhì)的量：1-x   4-3x         2x
氨氣的體積分?jǐn)?shù)為15.00%時(shí)，則

2x

2x+1-x+4-3x

=15%
解得x=0.33（mol），所以氫氣的轉(zhuǎn)化率=

0.33×3

4

×100%≈24.45%，故答案為：24.45%；
③對(duì)于反應(yīng)N₂+3H₂

催化劑 .

高溫高壓

2NH₃，當(dāng)溫度降低時(shí)，化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)，所以氨氣的體積分?jǐn)?shù)增大，對(duì)應(yīng)的曲線是b，
故答案為：b；合成氨的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，根據(jù)勒夏特列原理，其他條件不變，降低溫度，化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng)；
④增大壓強(qiáng)可提高原料的利用率，但是設(shè)備的耐壓程度是有限的，從生產(chǎn)實(shí)際考慮增大壓強(qiáng)可以研制耐壓設(shè)備或增大壓強(qiáng)的動(dòng)力、材料的強(qiáng)度等，
故答案為：研制耐壓設(shè)備（或增大壓強(qiáng)的動(dòng)力、材料的強(qiáng)度等其他合理答案）；
（2）①根據(jù)一氧化碳和氫氣的物質(zhì)的量的變化情況可以判斷，5?7min之間反應(yīng)是處于平衡狀態(tài)，前5min平均反應(yīng)速率v（CH₄）=

△c

△t

=

0.4mol-0.2mol 2L

5min

=0.02mol?min^-1，
故答案為：是；0.02mol?min^-1；
②反應(yīng)在7～10min之間，CO的物質(zhì)的量減少，加入氫氣能讓平衡逆向移動(dòng)，減少一氧化碳的濃度，故答案為：d；
③若保持溫度不變，向1L容器中起始充入0.15molCH₄、0.45molH₂O，再充入0.05molCO、0.15molH₂相當(dāng)于是0.05mol的甲烷和0.05mol的水，即充入甲烷是0.2mol，水是0.5mol，和初始投料0.4mol的甲烷和1.0mol的水是等效的，達(dá)到平衡時(shí)CH₄的體積百分含量相同，故答案為：0.05；0.15．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道化學(xué)平衡知識(shí)的綜合題，考查學(xué)生分析和解決問題的能力，題目難度大．