Question

20．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)N₂+3H₂?2NH₃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由表中數(shù)據(jù)可知該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，理由是隨溫度升高，反應(yīng)的平衡常數(shù)減�。�
②理論上，為了增大平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是ad（填字母序號）．
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$\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{H}_{4}）}$恒定時，溫度、壓強(qiáng)對平衡混合氣中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)為吸熱反應(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�。�
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，則平衡時CO的轉(zhuǎn)化率為60%該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K值為2.25．
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，充入容積固定為5L的容器中進(jìn)行反應(yīng)，下列描述能夠說明體系處于平衡狀態(tài)的是cd（填字母序號）．
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a mol CO₂的同時消耗a mol H₂
d．混合氣中n（CO）：n（H₂O）：n（CO₂）：n（H₂）=1：16：6：6．

Answer 1

分析 （1）①由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，說明升高溫度平衡逆向移動；
②為了增大平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率，可以改變條件使平衡正向移動，但不能只增大氫氣濃度，否則氫氣轉(zhuǎn)化率減��；
（2）①正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡逆向移動，混合氣體中甲烷的含量增大；
②由圖可知，隨溫度升高甲烷的含量減小，說明升高溫度平衡正向移動，而升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動；
（3）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：
               CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂ （g）
起始濃度（mol/L）：0.2    0.2      0        0
變化濃度（mol/L）：0.12   0.12     0.12     0.12
平衡濃度（mol/L）：0.08   0.08     0.12     0.12
平衡時CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{CO濃度變化量}{CO起始濃度}$×100%；平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$；
②可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達(dá)平衡，D選項(xiàng)計(jì)算濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行．

解答 解：（1）①由表中數(shù)據(jù)可知，隨溫度升高，反應(yīng)的平衡常數(shù)減小，說明升高溫度平衡逆向移動，而升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
故答案為：隨溫度升高，反應(yīng)的平衡常數(shù)減��；
②a．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．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，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正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡逆向移動，混合氣體中甲烷的含量增大，所以P₂＞P₁，故答案為：＜；
②由圖可知，隨溫度升高甲烷的含量減小，說明升高溫度平衡正向移動，而升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動，故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故答案為：吸熱；
（3）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：
               CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂ （g）
起始濃度（mol/L）：0.2    0.2     0        0
變化濃度（mol/L）：0.12   0.12    0.12     0.12
平衡濃度（mol/L）：0.08   0.08    0.12     0.12
平衡時CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.12mol}{0.2mol}$×100%=60%；平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.08}$=2.25，
故答案為：60%；2.25；
②a．反應(yīng)中混合氣體物質(zhì)的量不變，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)量不變，容器容積不變，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，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，Qc=$\frac{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 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數(shù)計(jì)算及應(yīng)用等，難度中等，（3）中平衡狀態(tài)判斷d選項(xiàng)中注意利用濃度商與平衡常數(shù)關(guān)系分析．