Question

9．氨的合成是最重要的化工生產(chǎn)之一．
（1）工業(yè)上可用甲烷與水反應(yīng)得到合成氨用的H₂：其熱化學(xué)反應(yīng)方程式為CH₄（g）+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO（g）+3H₂（g）△H₄，已知有關(guān)反應(yīng)的能量變化如圖1所示：

則△H₄=（a+3c-b）kJ•mol^-1（用a、b、c表示）
（2）在2個(gè)恒壓的密閉容器中，同溫度下、使用相同催化劑分別進(jìn)行反應(yīng)：3H₂（g）+N₂（g）$?_{催化劑}^{高溫高壓}$2NH₃（g），按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)有關(guān)數(shù)據(jù)為：

容 器	甲	乙
反應(yīng)物投入量	3mol H2、2mol N2	6mol H2、4mol N2
達(dá)到平衡的時(shí)間（min）	t	5
平衡時(shí)N2的濃度（mol•L-1）	3	c

①甲容器達(dá)到平衡所需要的時(shí)間t=5min（填“＞”、“＜”或“=”，下同）；乙容器達(dá)到平衡時(shí)N₂的濃度c=3mol•L^-1．
②圖2中虛線為該反應(yīng)在使用催化劑條件下，關(guān)于起始N₂與H₂投料比和H₂平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系圖．當(dāng)其他條件完全相同時(shí)，用實(shí)線畫出不使用催化劑情況下H₂平衡轉(zhuǎn)化率的示意圖．

Answer 1

分析 （1）圖1中各反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-akJ/mol
②CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-bkJ/mol
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-ckJ/mol
由蓋斯定律②-③×3-①得到：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g），焓變也進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
（2）①在2個(gè)恒壓的密閉容器中，且溫度相同，則甲、乙中對應(yīng)各組分的濃度相等，故反應(yīng)速率相等；二者為等效平衡，平衡時(shí)對應(yīng)各組分的濃度相同；
②催化劑加快反應(yīng)速率，縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，不影響平衡移動(dòng)，氫氣的轉(zhuǎn)化率不變，即不使用催化劑到達(dá)平衡時(shí)間較長．

解答 解：（1）圖1中各反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-akJ/mol
②CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-bkJ/mol
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-ckJ/mol
由蓋斯定律②-③×3-①得到：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g），故△H₄=（a+3c-b）kJ•mol^-1，
故答案為：（a+3c-b）kJ•mol^-1；
（2）①在2個(gè)恒壓的密閉容器中，且溫度相同，則甲、乙中對應(yīng)各組分的濃度相等，故反應(yīng)速率相等，即甲容器達(dá)到平衡所需要的時(shí)間t=5min；二者為等效平衡，平衡時(shí)對應(yīng)各組分的濃度相同，即乙容器達(dá)到平衡時(shí)N₂的濃度c=3mol•L^-1，
故答案為：=；=；
②催化劑加快反應(yīng)速率，縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，不影響平衡移動(dòng)，氫氣的轉(zhuǎn)化率不變，即不使用催化劑到達(dá)平衡時(shí)間較長，用實(shí)線畫出不使用催化劑情況下H₂平衡轉(zhuǎn)化率的示意圖為：，
故答案為：．

點(diǎn)評 本題屬于拼合型題目，涉及運(yùn)用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱、等效平衡、催化劑對平衡移動(dòng)與化學(xué)反應(yīng)速率的影響等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與分析解決問題能力，難度中等．