Question

3．合成氨是人類科學(xué)技術(shù)上的一項重大突破．工業(yè)上以天然氣為原料合成氨．其生產(chǎn)工藝如下：造氣階段→轉(zhuǎn)化階段→分離凈化→合成階段
（1）造氣階段的反應(yīng)為：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1kJ/mol
①在一密閉容器中進(jìn)行上述反應(yīng)，測得 CH₄的物質(zhì)的量濃度隨反應(yīng)時間的變化如圖1所示．反應(yīng)中處于平衡狀態(tài)的時間為5min-10min、12min后；10min時，改變的外界條件可能是升高溫度．
②如圖2所示，在初始容積相等的甲、乙兩容器中分別充入等物質(zhì)的量的CH₄和H₂O．在相同溫度下發(fā)生反應(yīng)，并維持反應(yīng)過程中溫度不變．則達(dá)到平衡時，兩容器中CH₄的轉(zhuǎn)化率大小關(guān)系為：α_甲（CH₄）＜α_乙（CH₄）；

（2）轉(zhuǎn)化階段發(fā)生的可逆反應(yīng)為：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），一定溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=1．某時刻測得該溫度下的密閉容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量見下表：

CO	H2O	CO2	H2
0.5mol	8.5mol	2.0mol	2.0mol

此時反應(yīng)中正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系式是a（填序號）．
a．v（正）＞v（逆）     b．v（正）＜v（逆）      c．v（正）=v（逆）     d．無法判斷
（3）合成氨反應(yīng)為：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-92.4kJ•mol?¹
①依據(jù)溫度對合成氨反應(yīng)的影響，在如圖3坐標(biāo)系中，畫出一定條件下的密閉容器內(nèi)，從通入原料氣開始，隨溫度不斷升高，NH₃物質(zhì)的量變化的曲線示意圖．
②根據(jù)勒夏特列原理，簡述提高合成氨原料轉(zhuǎn)化率的一種方法增大壓強(qiáng)或降低溫度或分離液氨．

Answer 1

分析 （1）①平衡狀態(tài)是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變，物質(zhì)濃度不變，依據(jù)圖形中甲烷的濃度變化曲線分析判斷平衡狀態(tài)；10min時，甲烷濃度減小，說明平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，則改變的外界條件可能是升溫；
②甲為恒溫恒容容器，乙為恒溫恒壓容器，乙容器中隨反應(yīng)進(jìn)行，氣體體積增大，為保持恒壓，體積增大，壓強(qiáng)減小，平衡正向進(jìn)行；
（2）計算此時的濃度商和平衡常數(shù)比較來判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)；
（3）①合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，開始反應(yīng)，氨氣物質(zhì)的量增大，達(dá)到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升溫，平衡逆向進(jìn)行，氨氣物質(zhì)的量減小，據(jù)此畫出變化圖象；
②依據(jù)反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，結(jié)合平衡移動原理分析判斷；

解答 解：（1）①分析CH₄的物質(zhì)的量濃度隨反應(yīng)時間的變化可知，濃度在5～10分鐘、12分鐘后 曲線出現(xiàn)平臺，說明濃度不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，在10min甲烷濃度減小最后達(dá)到平衡狀態(tài)，說明改變的條件可以是升高溫度，平衡正向進(jìn)行，
故答案為：5～10分鐘、12分鐘后，升高溫度；    
 ②在初始容積相等的甲、乙兩容器中分別充入等物質(zhì)的量的CH₄和H₂O．在相同溫度下發(fā)生反應(yīng)，并維持反應(yīng)過程中溫度不變，甲為恒溫恒容容器，乙為恒溫恒壓容器，乙容器中隨反應(yīng)進(jìn)行，氣體體積增大，為保持恒壓，體積增大，壓強(qiáng)減小，平衡正向進(jìn)行，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，故α_甲（CH₄）＜α_乙（CH₄），
故答案為：＜；
（2）CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g），一定溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=1．某時刻測得該溫度下的密閉容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變，可以利用物質(zhì)的量代替濃度計算反應(yīng)的濃度商Qc=$\frac{2×2}{0.8×8.5}$=0.6＜K=1，則反應(yīng)正向進(jìn)行，選a，
故答案為：a；
（3）①合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)達(dá)到一定溫度才可以發(fā)生反應(yīng)，開始反應(yīng)，氨氣物質(zhì)的量增大，達(dá)到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升溫，平衡逆向進(jìn)行，氨氣物質(zhì)的量減小，畫出的圖象為：，故答案為；；
②依據(jù)平衡移動原理分析，分離出氨氣促進(jìn)平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)時氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)也可以使平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度會使平衡正向進(jìn)行，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，
故答案為：增大壓強(qiáng)或降低溫度或分離液氨；

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)平衡影響因素分析，平衡計算應(yīng)用，注意反應(yīng)特征的計算應(yīng)用，圖象繪制，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．