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【題目】合成氨對化學工業(yè)和國防工業(yè)具有重要意義。

(1)向合成塔中按物質的量之比l:4充入N2、H2進行氨的合成,圖AT℃時平衡混合物中氨氣的體積分數與壓強(p)的關系圖。

A中氨氣的體積分數為15%時,H2的轉化率為_______。

BT=500℃,則溫度為450℃時對應的曲線是_______(“a”“b”)。

(2)合成氨所需的氫氣可由甲烷與水反應制得,反應的熱化學方程式為:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) H>0,一定溫度下,在體積為2 L的恒容容器中發(fā)生上述反應,各物質的物質的量變化如下表:

①分析表中數據,判斷5 min時反應是否處于平衡狀態(tài)?_____”)。

②該溫度下,上述反應的平衡常數K=_____________________。

③反應在7~10 min內,CO的物質的量減少的原因可能是____________填字母)。

a.減少CH4的物質的量 b.降低溫度 c.升高溫度 d.充入H2

④下列方法中可以證明上述反應已達平衡狀態(tài)的是___________。

a.單位時間內生成3n mol H2的同時生成n mol CO

b.容器內壓強不再變化

c.混合氣體密度不再變化

d.混合氣體的平均相對分子質量不再變化

e.CH4的質量分數不再變化

已知碳的氣化反應在不同溫度下平衡常數的對數值(lgK)如下表

氣化反應式

lgK

700K

900K

1200K

C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)

-2.64

-0.39

1.58

C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g)

-1.67

-0.03

1.44

則反應CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)900K時,該反應平衡常數的對數值(lgK)=_______。

(3)在容積可變的密閉容器中發(fā)生反應:mA(g)+nB(g)pC(g),在一定溫度和不同壓強下達到平衡時,分別得到A的物質的量濃度如下表:

壓強p/Pa

2×105

5×105

1×106

c(A)/molL-1

0.08

0.20

0.44

①當壓強從2×105Pa增加到5×105Pa時,平衡______移動(填“正向、逆向或不”)。

②當壓強為1×106Pa時,此反應的平衡常數表達式為______________。

【答案】 24.5% b 0.0675 d bde 0.36

【解析】(1)①設N2的轉化率為x,
N2 +3H2 2NH3
初始:140
變化:x3x 2x
平衡:1-x4-3x 2x
氨氣的體積分數為15.00%時,則×100%=15%,解得x=0.33,所以氫氣的轉化率=×100%≈24.5%;
②對于反應 N2+3H22NH3,H<0,當溫度降低時,化學平衡向放熱反應方向移動,即正反應移動,所以氨氣的體積分數增大,對應的曲線是b;
(2)5minH2O的變化物質的量為1.00mol-0.8mol=0.2mol,此時生成的CO的物質的是量為0.2mol,和7minCO的物質的量相等,則根據COH2的物質的量的變化情況可以判斷,57min之間反應是處于平衡狀態(tài),所以5min時反應是處于平衡狀態(tài);

②該溫度下,

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

起始濃度為(mol/L) 0.2 0.5 0 0

變化濃度為(mol/L) 0.1 0.1 0.1 0.3

起始濃度為(mol/L) 0.1 0.4 0.10 0.3

此溫度下反應的平衡常數K===0.0675;

③反應在7~10min之間,CO的物質的量減少,加入氫氣能讓平衡逆向移動,減少一氧化碳的濃度,故答案為d;

a.隨反應的進行,單位時間內生成3n mol H2的同時生成n mol CO,均為正反應速率,故a錯誤;b.反應前后氣體總的物質的量隨反應的進行,在不斷變化,當平衡時,總物質的量不變,此時容器內壓強不再變化,則為平衡狀態(tài),故b正確;c.混合氣體的質量和氣體總體積始終不變,則密度始終不變,無法判斷是否為平衡狀態(tài),故c錯誤;d.混合氣體的總質量始終不變,但氣體總物質的量是不定值,則當混合氣體的平均相對分子質量不再變化時,此時反應為平衡狀態(tài),故d正確;e.CH4的質量分數不再變化,說明反應處于相對靜止狀態(tài),為平衡狀態(tài),故e正確;答案為bde;

⑤已知:Ⅰ.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g),令平衡常數為K1,
.C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g),令平衡常數為K2,
則Ⅱ-Ⅰ可得:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),故該反應平衡常數K=,故lgK=lgK2-lgK1=-0.03-(-0.39)=0.36;

(3)①由表格數據可知當壓強從2×105Pa增大為5×105Pa時,壓強增大2.5倍,體積變?yōu)?/span>倍,濃度由0.08增大為0.20molL-1,也增大2.5倍,所以增大壓強平衡不移動;

②由表格數據可知當壓強從5×105Pa增大為1×106Pa時,壓強增大2倍,體積變?yōu)?/span>倍,濃度應該由0.20增大為0.40molL-1,但是實際上A的濃度為0.44,說明平衡逆移,則反應前氣體的物質的量小于反應后氣體的物質的量,則反應物B不在是氣態(tài),所以此反應的平衡常數表達式為K=。

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