Question

合成氨技術(shù)的創(chuàng)立開辟了人工固氮的重要途徑，其研究來自正確的理論指導(dǎo)，合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)K值和溫度的關(guān)系如下：

溫 度（℃）	360	440	520
K值	0.036	0.010	0.0038

（1）
①寫出工業(yè)合成氨的化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)K值表達(dá)式為

 

．
②由上表數(shù)據(jù)可知該反應(yīng)為

 

 （放熱、吸熱反應(yīng)）．
③理論上，為了增大平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是

 

．（填序號）
a．增大壓強(qiáng)              b．使用合適的催化劑
c．升高溫度              d．及時分離出產(chǎn)物中的NH₃
（2）原料氣H₂可通過反應(yīng) CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g） 獲取，已知該反應(yīng)中，當(dāng)初始混合氣中的 

n(H2O)

n(CH4)

 恒定時，溫度、壓強(qiáng)對平衡混合氣CH₄含量的影響如圖所示：
①圖中，兩條曲線表示壓強(qiáng)的關(guān)系是：P₁

 

P₂（填“＞”、“=”或“＜”）．
②該反應(yīng)為

 

反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）．
（3）原料氣H₂還可通過反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）═CO₂ （g）+H₂（g） 獲取．
①T℃時，向容積固定為5L的容器中充入1mol水蒸氣和1mol CO，反應(yīng)達(dá)平衡后，測得CO的濃度為0.08mol?L^-1，則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K值為

 

．
②保持溫度仍為T℃，改變水蒸氣和CO的初始物質(zhì)的量之比，充入容器進(jìn)行反應(yīng)，下列描述能夠說明體系處于平衡狀態(tài)的是

 

（填序號）．
a．容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時間改變
b．混合氣體的密度不隨時間改變
c．單位時間內(nèi)生成amolCO₂的同時消耗amolH₂
d．混合氣中n（CO）：n（H₂O）：n（CO₂）：n（H₂）=1：16：6：6．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,產(chǎn)物的百分含量隨濃度、時間的變化曲線

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）①依據(jù)合成氨的化學(xué)方程式書寫平衡常數(shù)表達(dá)式，用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積；
②分析平衡常數(shù)隨溫度變化結(jié)合平衡移動原理判斷；
③為了增大平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進(jìn)行分析選項(xiàng)；
（2）①依據(jù)圖象變化分析，相同溫度下，CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g），反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，平衡逆向進(jìn)行，甲烷平衡含量越高；
②壓強(qiáng)一定，溫度升高，甲烷平衡含量減小，平衡正向進(jìn)行，依據(jù)平衡移動原理分析判斷；
（3）①依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計(jì)算得到；
②化學(xué)平衡狀態(tài)，反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率相同，各成分含量保持不變分析選項(xiàng)．

解答： 解：（1）①合成氨的化學(xué)方程式為N₂+3H₂

催化劑   .

高溫高壓

2NH₃，用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積書寫平衡常數(shù)表達(dá)式K=

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

；
故答案為：

c2(NH3)

c(N2)c3(H2)

；
②圖表中平衡常數(shù)隨溫度升高減小，說明平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，正向是放熱反應(yīng)；
故答案為：放熱；
③反應(yīng)是N₂+3H₂

催化劑   .

高溫高壓

2NH₃，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，為了增大平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進(jìn)行分析，
a．增大壓強(qiáng)，平衡正向進(jìn)行，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故a符合；             
b．使用合適的催化劑，改變反應(yīng)速率，不能改變平衡，氫氣轉(zhuǎn)化率不變，故b不符合；
c．升高溫度平衡逆向進(jìn)行，氫氣轉(zhuǎn)化率減小，故c不符合；              
d．及時分離出產(chǎn)物中的NH₃，平衡正向進(jìn)行，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故d符合；
故答案為：ad；
（2）①依據(jù)圖象變化分析，相同溫度下，CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g），反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，平衡逆向進(jìn)行，甲烷平衡含量越高，所以P₂＞P₁；故答案為：＜；
②壓強(qiáng)一定，溫度升高，甲烷平衡含量減小，平衡正向進(jìn)行，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；
故答案為：吸熱；
（3）①依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度，℃時，向容積固定為5L的容器中充入1mol水蒸氣和1mol CO，反應(yīng)達(dá)平衡后，測得CO的濃度為0.08mol?L^-1，
                 CO（g）+H₂O（g）═CO₂ （g）+H₂（g）
起始量（mol/L）   0.2     0.2       0         0
變化量（mol/L）  0.12     0.12      0.12      0.12
平衡量（mol/L）  0.08     0.08      0.12       0.12
則該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

0.12×0.12

0.08×0.08

=2.25
故答案為：2.25；
②化學(xué)平衡狀態(tài)，反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率相同，各成分含量保持不變分析選項(xiàng)，CO（g）+H₂O（g）═CO₂ （g）+H₂（g），反應(yīng)是氣體體積不變反應(yīng)；
a．反應(yīng)過程中和平衡狀態(tài)下壓強(qiáng)相同，容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時間改變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a不符合；
b．混合氣體質(zhì)量守恒，反應(yīng)前后氣體體積不變，反應(yīng)過程中和平衡狀態(tài)下，混合氣體的密度不隨時間改變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b不符合；
c．單位時間內(nèi)生成amolCO₂的同時消耗amolH₂，說明二氧化碳或氫氣的正逆反應(yīng)速率相同，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c符合；
d．混合氣中n（CO）：n（H₂O）：n（CO₂）：n（H₂）=1：16：6：6，依據(jù)反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量相同，可以利用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算濃度商和平衡常數(shù)比較，
Q=

6×6

1×16

2.25=K，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d符合；
故答案為：cd．

點(diǎn)評：本題考查了化學(xué)平衡影響因素，平衡標(biāo)志分析，平衡常數(shù)的計(jì)算應(yīng)用，主要是圖象分析判斷，平衡移動原理的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．