Question

运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义，请完成下列探究。

（1）生产氢气：将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气。C(s)＋H₂O(g)H₂(g)＋CO(g) ΔH＝＋131.3kJ·mol^－1，ΔS＝＋133.7J·mol^－1·K^－1，

①该反应在低温下___________(填“能”或“不能”)自发进行。

②写出该反应的平衡常数表达式_________________。

（2）已知在400℃时，N₂(g)＋3H₂(g)2NH₃(g)的K＝0.5。

①在400℃时，2NH₃(g)N₂(g)＋3H₂(g)的K′＝________(填数值)。

②400℃时，在0.5L的反应容器中进行合成氨反应，一段时间后，测得N₂、H₂、NH₃的物质的量分别为2mol、1mol、2mol，则此时反应v(N₂)正________v(N₂)逆(填“＞”、“＜”、“＝”或“不能确定”)。

③若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气，则合成氨反应的平衡________移动(填“向左”、“向左”或“不”)；反应的ΔH__________(填“增大”、“减小”或“不改变”)。

（3）水煤气转化反应CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)在一定温度下达到化学平衡。现将不同量的CO(g)和H₂O(g)分别通入到体积为2L的恒容密闭容器中进行反应，得到如下两组教据：

实验编号	温度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所需时间/min
CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	5
2	900	2	1	0.4	1.6	3

① 实验l中以CO₂表示的反应速率为v(CO₂)=____________；

② 实验1的平衡常数K₁__________实验2的平衡常数K₂(填“大于””小于，“等于”“不能确定”)。

③ 该反应正方向为_____________(填“吸”或‘放”)热反应；

Answer

不能 K= 2 = 向左 不改变 0.16mol/(L·min) 大于 放

【解析】

（1）①根据反应能否自发进行的判据：△H-T△S＜0，反应自发进行，代入数据来计算；②k=；

（2）①互为逆反应的化学反应平衡常数互为倒数；

②根据浓度熵和平衡常数之间的关系来判断反应的状态；

③恒压条件下向平衡体系中通入氩气，体积增大，平衡向逆方向移动；催化剂对反应热不影响；

（3）①已知平衡时c（H2）=1.6mol，所以c（CO2）=1.6mol，根据公式求出v（CO2）=；

②先求出实验1、实验2中CO的转化率，然后根据则温度升高，判定平衡移动的方向，说明该反应的吸放热情况，以此判定平衡常数的大小；

③第二组温度比第一组高，反应物物质的量比第一组减半，但是平衡时H2的物质的量比第一组的一半少，表明该反应为放热反应。

（1）①△H-T△S=131.3KJ/mol-T×133.7×0.001KJ/(K•mol)，在低温下，该值一定是大于0的，所以不能在低温下自发进行，故答案为：不能；

②该反应的平衡常数表达式K=，故答案为：K=；

（2）①反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)和反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)是互为可逆反应，平衡常数互为倒数，故此反应的平衡常数是2，故答案为：2；

②一段时间后，当N2、H2、NH3的物质的量分别为4mol/L、2mol/L、4mol/L时，Qc==0.5=K1，所以该状态是平衡状态，正逆反应速率相等，故答案为：=；

③恒压条件下向平衡体系中通入氩气，体积增大，平衡向逆方向移动；加入催化剂，只改变反应的活化能，但反应热不变；故答案为：向左；不改变；

（3）①已知平衡时c(H2)=1.6mol，所以c(CO2)=1.6mol，v(CO2)==0.16mol/(L•min)，故答案为：0.16mol/(L•min)；

②实验1中CO的转化率为×100%=40%，实验2中CO的转化率为×100%=20%，则实验1的转化率大于实验2，则说明温度升高平衡向逆反应方向移动，正反应放热，温度升高平衡向逆反应方向移动，平衡常数K减小，故答案为：大于；

③根据②的分析，该反应正反应放热，故答案为：放。