Question

9．氨的合成是最重要的化工生产之一．
（1）工业上可用甲烷与水反应得到合成氨用的H₂：其热化学反应方程式为CH₄（g）+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO（g）+3H₂（g）△H₄，已知有关反应的能量变化如图1所示：

则△H₄=（a+3c-b）kJ•mol^-1（用a、b、c表示）
（2）在2个恒压的密闭容器中，同温度下、使用相同催化剂分别进行反应：3H₂（g）+N₂（g）$?_{催化剂}^{高温高压}$2NH₃（g），按不同方式投入反应物，保持恒温，反应达到平衡时有关数据为：

容 器	甲	乙
反应物投入量	3mol H2、2mol N2	6mol H2、4mol N2
达到平衡的时间（min）	t	5
平衡时N2的浓度（mol•L-1）	3	c

①甲容器达到平衡所需要的时间t=5min（填“＞”、“＜”或“=”，下同）；乙容器达到平衡时N₂的浓度c=3mol•L^-1．
②图2中虚线为该反应在使用催化剂条件下，关于起始N₂与H₂投料比和H₂平衡转化率的关系图．当其他条件完全相同时，用实线画出不使用催化剂情况下H₂平衡转化率的示意图．

Answer 1

分析 （1）图1中各反应的热化学方程式为：
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
由盖斯定律②-③×3-①得到：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g），焓变也进行相应的计算；
（2）①在2个恒压的密闭容器中，且温度相同，则甲、乙中对应各组分的浓度相等，故反应速率相等；二者为等效平衡，平衡时对应各组分的浓度相同；
②催化剂加快反应速率，缩短到达平衡的时间，不影响平衡移动，氢气的转化率不变，即不使用催化剂到达平衡时间较长．

解答 解：（1）图1中各反应的热化学方程式为：
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
由盖斯定律②-③×3-①得到：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g），故△H₄=（a+3c-b）kJ•mol^-1，
故答案为：（a+3c-b）kJ•mol^-1；
（2）①在2个恒压的密闭容器中，且温度相同，则甲、乙中对应各组分的浓度相等，故反应速率相等，即甲容器达到平衡所需要的时间t=5min；二者为等效平衡，平衡时对应各组分的浓度相同，即乙容器达到平衡时N₂的浓度c=3mol•L^-1，
故答案为：=；=；
②催化剂加快反应速率，缩短到达平衡的时间，不影响平衡移动，氢气的转化率不变，即不使用催化剂到达平衡时间较长，用实线画出不使用催化剂情况下H₂平衡转化率的示意图为：，
故答案为：．

点评 本题属于拼合型题目，涉及运用盖斯定律计算反应热、等效平衡、催化剂对平衡移动与化学反应速率的影响等，需要学生具备扎实的基础与分析解决问题能力，难度中等．