Question

合成氨对化学工业和国防工业具有重要意义。

（1）根据图1请写出合成氨的热化学方程式               (热量用E₁、E₂或E₃表示)

（2）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2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2中氨气的体积分数为15％时，H₂的转化率为            。

②图3中T=450℃，则温度为500℃时对应的曲线是            (填“a”或“b”)。

（3）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2 L的恒容容器中发生上述反应，各物质的物质的量变化如下表：

①分析表中数据，判断5 min时反应是否处于平衡状态?                (填“是”或“否”)，前5 min反应的平均反应速率v(CH₄) =                。

②在相同实验条件下，若改为加入CH₄ 0.1mol，若要求平衡后H₂在反应混合气中质量分数不变，则还需加入的物质及其物质的量为          

③反应在7~10 min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下列方法中可以证明上述已达平衡状态的是          

a.单位时间内生成3n mol H₂的同时生成n mol CO

b.容器内压强不再变化

c.混合气体密度不再变化

d.混合气体的平均相对分子质量不再变化

e.CH₄的质量分数不再变化

⑤已知碳的气化反应在不同温度下平衡常数的对数值（lgK）如下表:

则反应CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)在900K时，该反应平衡常数的对数值（lgK）=_________.

Answer

（1）N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-2(E3-E1)KJ.mol－1

（2）①24.46% ②a

（3）①是；0.02mol·L-1·min-1；

②CO 0.3mol H2 0.9mol H2O 0.7mol

③d ④bde ⑤ 0.36

【解析】

试题分析：（1）化学反应的焓变等于反应物的活化能减去生成物的活化能，根据图1信息写出合成氨的热化学方程式为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-2(E3-E1)KJ.mol－1 。

（2）①利用三段式分析。设参加反应的N2的物质的量为x，

N2+3H22NH3

起始（mol）：1 4 0

变化（mol）：x 3x 2x

平衡（mol）：1-x 4-3x 2x

氨气的体积分数为15.00%时，则2x/(5-2x) =15%，解得x=0.33（mol），所以氢气的转化率=（0.33×3）/4×100%=24.45%.

②合成氨的反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，氨气的体积分数减小，对应的曲线是a。

（3）①分析表中数据，5min时x1=x2=0.20mol，7min时CH4的量没有改变，说明5min时已达到平衡状态；v(CH4)=0.2mol÷2L÷5min=0.02 mol·L-1·min-1。

②根据恒温恒容容器中等量等效分析判断。起始加入0.40molCH4、1.00molH2O与起始加入0.1molCH4、0.7molH2O、0.3molCO和0.9molH2的物质的量相当，会达到同一平衡状态，平衡后H2在反应混合气中质量分数不变，则还需加入的物质及其物质的量为CO 0.3mol、H2 0.9mol、H2O 0.7mol。

③分析表中数据知反应在7~10 min内，H2的物质的量增加、CO的物质的量减少，甲烷的物质的量增加，则是通过增加H2的物质的量使平衡逆向移动，选d。

④a .单位时间内生成3n mol H2的同时生成n mol CO ，二者均为正反应速率，不能说明正逆反应速率相等，不能说明已达到平衡状态，错误；b. 该反应正向为气体物质的量增大的反应，随着反应的进行，容器内压强逐渐增大，当容器内压强不再变化时反应达到平衡状态，正确；c.根据质量守恒定律知容器内气体质量不变，容器的体积不变，容器内混合气体的密度始终保持不变，混合气体密度不再变化不能说明反应达到平衡状态，错误；d.随着反应的进行容器内气体的质量不变，气体的物质的量逐渐增大，混合气体的平均相对分子质量逐渐减小，当平均相对分子质量不再变化说明反应达到平衡状态，正确；e. CH4的质量分数不再变化，反应达到平衡状态，正确；选bde。

⑤已知：①C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)的平衡常数K1=c(CO)c(H2)/c(H2O)，

②C(s)+2H2O(g)CO2(g)+2H2(g)的平衡常数K2=c(CO2)c2(H2)/c2(H2O)，

反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)的平衡常数K= c(CO2)c(H2)/c (H2O)=K2/K1，在900K时，该反应平衡常数的对数值（lgK）=lgK2-lgK1=(-0.03)-(-0.39)=0.36。

考点：考查化学平衡的移动、化学平衡计算