Question

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(zhì)的量之比l：4充入N₂、H₂進行氨的合成，圖A為T℃時平衡混合物中氨氣的體積分數(shù)與壓強（p）的關(guān)系圖．

①圖A中氨氣的體積分數(shù)為15%時，H₂的轉(zhuǎn)化率為

 

．
②圖B中T=450℃，則溫度為500℃時對應(yīng)的曲線是

 

（填“a”或“b”）．
（2）合成氨所需的氫氣可由甲烷與水反應(yīng)制得，反應(yīng)的熱化學方程式為CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞0，一定溫度下，在體積為2L的恒容容器中發(fā)生上述反應(yīng)，各物質(zhì)的物質(zhì)的量變化如表：

時間/min	CH4（mol）	H2O（mol）	CO（mol）	H2（mol）
0	0.40	1.00	0	0
5	x1	0.80	x2	0.60
7	0.20	y1	0.20	y2
10	0.21	0.81	0.19	0.64

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

 

（填“是”或“否”），前5min反應(yīng)的平均反應(yīng)速率v（CH₄）=

 

．
②在相同實驗條件下，若改為加入CH₄0.1mol，若要求平衡后H₂在反應(yīng)混合氣中質(zhì)量分數(shù)不變，則還需加入的物質(zhì)及其物質(zhì)的量為

 

③反應(yīng)在7～10min內(nèi)，CO的物質(zhì)的量減少的原因可能是

 

（填字母）．
a．減少CH₄的物質(zhì)的量 b．降低溫度 c．升高溫度 d．充入H₂
④若第7分鐘時將容器壓縮至1L，請在坐標系如圖C中畫出從反應(yīng)開始到第11分鐘建立新平衡時甲烷濃度隨時間的變化趨勢曲線．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,體積百分含量隨溫度、壓強變化曲線

專題：

分析：（1）①根據(jù)三段法計算來確定物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率；
②降低溫度，化學平衡向放熱反應(yīng)方向移動；
（2）①化學平衡狀態(tài)時各組分的濃度不再隨時間的改變而改變，根據(jù)v=

△c

△t

來計算反應(yīng)的速率；
②根據(jù)恒溫恒容容器中等量等效分析判斷，結(jié)合反應(yīng)定量關(guān)系計算；
③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，減少一氧化碳的濃度
④第7分鐘末將容器的體積縮至1L，瞬間甲烷的濃度變?yōu)樵瓉淼?倍，壓強增大，平衡向逆反應(yīng)移動，甲烷濃度增大，但不可能完全轉(zhuǎn)化，小于0.4mol/L，最終達到新的平衡，據(jù)此作圖．

解答： 解：（1）①設(shè)N₂的轉(zhuǎn)化率為x，
       N₂ +3H₂

催化劑   .

高溫高壓

2NH₃
初始：1     4            0
變化：x     3x          2x 
平衡：1-x   4-3x         2x
氨氣的體積分數(shù)為15.00%時，則

2x

2x+1-x+4-3x

×100%=15%
解得x=0.33，所以氫氣的轉(zhuǎn)化率=

0.33×3

4

×100%≈24.46%，故答案為：24.46%；
②對于反應(yīng) N₂+3H₂

催化劑   .

高溫高壓

2NH₃，△H＜0，當溫度升高時，化學平衡向吸熱熱反應(yīng)方向移動，即逆反應(yīng)移動，所以氨氣的體積分數(shù)減少，對應(yīng)的曲線是a，
故答案為：a；
（2）①根據(jù)CO和H₂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)，所以5min時反應(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/L?min^-1；
故答案為：是；0.02mol?min^-1；
②根據(jù)恒溫恒容容器中等量等效分析判斷          
             CH₄（g）+H₂O?CO（g）+3H₂（g）
起始（mol）   0.40    1.0   0       0
加入量（mol） 0.10    0.7   0.1    0.3
轉(zhuǎn)化后（mol） 0.40    1.0    0      0
還需加入的物質(zhì)及其物質(zhì)的量CO 0.3mol，H₂ 0.9mol，H₂O 0.7mol；
故答案為：CO 0.3mol，H₂ 0.9mol，H₂O 0.7mol；
③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，減少一氧化碳的濃度，故答案為：d；
④第7分鐘末將容器的體積縮至1L，瞬間甲烷的濃度變?yōu)樵瓉淼?倍，壓強增大，平衡向逆反應(yīng)移動，甲烷濃度增大，但不可能完全轉(zhuǎn)化，小于0.4mol/L，最終達到新的平衡，圖為：，故答案為：．

點評：本題主要考查了反應(yīng)速率、平衡常數(shù)的計算、外界條件對化學平衡的影響，注意三段式在計算中的運用，題目難度中等．