题目内容
合成氨对化学工业和国防工业具有重要意义.
(1)向合成塔中按物质的量之比l:4充入N2、H2进行氨的合成,图A为T℃时平衡混合物中氨气的体积分数与压强(p)的关系图.
①图A中氨气的体积分数为15%时,H2的转化率为
②图B中T=450℃,则温度为500℃时对应的曲线是
(2)合成氨所需的氢气可由甲烷与水反应制得,反应的热化学方程式为
CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)△H>0,一定温度下,在体积为2L的恒容容器中发生上述反应,各物质的物质的量变化如表:
①分析表中数据,判断5min时反应是否处于平衡状态?
②该温度下,上述反应的平衡常数K=
③反应在7~10min内,CO的物质的量减少的原因可能是
a.减少CH4的物质的量 b.降低温度 c.升高温度 d.充入H2
④若第7分钟时将容器压缩至1L,请在图C所示坐标系中画出从第7分钟到第11分钟建立新平衡时甲烷浓度随时间的变化曲线.
(1)向合成塔中按物质的量之比l:4充入N2、H2进行氨的合成,图A为T℃时平衡混合物中氨气的体积分数与压强(p)的关系图.
①图A中氨气的体积分数为15%时,H2的转化率为
24.46%
24.46%
.②图B中T=450℃,则温度为500℃时对应的曲线是
a
a
(填“a”或“b”).(2)合成氨所需的氢气可由甲烷与水反应制得,反应的热化学方程式为
CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)△H>0,一定温度下,在体积为2L的恒容容器中发生上述反应,各物质的物质的量变化如表:
时间/min | CH4(mol) | H2O(mol) | CO(mol) | H2(mol) |
0 | 0.40 | 1.00 | 0 | 0 |
5 | x1 | 0.80 | x2 | 0.60 |
7 | 0.20 | y1 | 0.20 | y2 |
10 | 0.21 | 0.81 | 0.19 | 0.64 |
是
是
(填“是”或“否”),前5min反应的平均反应速率v(CH4)=0.02mol?L-1?min-1
0.02mol?L-1?min-1
.②该温度下,上述反应的平衡常数K=
0.0675
0.0675
.③反应在7~10min内,CO的物质的量减少的原因可能是
d
d
(填字母).a.减少CH4的物质的量 b.降低温度 c.升高温度 d.充入H2
④若第7分钟时将容器压缩至1L,请在图C所示坐标系中画出从第7分钟到第11分钟建立新平衡时甲烷浓度随时间的变化曲线.
分析:(1)根据三段法计算来确定物质的转化率;
②降低温度,化学平衡向放热反应方向移动;
④从生产实际考虑增大压强对设备的损耗情况;
(2)①化学平衡状态时各组分的浓度不再随时间的改变而改变,根据v=
来计算反应的速率;
②先求出平衡时各物质的浓度,然后根据平衡常数K等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比来解答;
③根据影响化学平衡移动的因素来分析;
④第7分钟末将容器的体积缩至1L,瞬间甲烷的浓度变为原来的2倍,压强增大,平衡向逆反应移动,甲烷浓度增大,但不可能完全转化,小于0.4mol/L,最终达到新的平衡,据此作图.
②降低温度,化学平衡向放热反应方向移动;
④从生产实际考虑增大压强对设备的损耗情况;
(2)①化学平衡状态时各组分的浓度不再随时间的改变而改变,根据v=
△c |
△t |
②先求出平衡时各物质的浓度,然后根据平衡常数K等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比来解答;
③根据影响化学平衡移动的因素来分析;
④第7分钟末将容器的体积缩至1L,瞬间甲烷的浓度变为原来的2倍,压强增大,平衡向逆反应移动,甲烷浓度增大,但不可能完全转化,小于0.4mol/L,最终达到新的平衡,据此作图.
解答:解:(1)①设N2的转化率为x,
N2 +3H2
2NH3
初始:1 4 0
变化:x 3x 2x
平衡:1-x 4-3x 2x
氨气的体积分数为15.00%时,则
×100%=15%
解得x=0.33,所以氢气的转化率=
×100%≈24.45%,故答案为:24.45%;
②对于反应 N2+3H2
2NH3,△H<0,当温度升高时,化学平衡向吸热热反应方向移动,即逆反应移动,所以氨气的体积分数减少,对应的曲线是a,
故答案为:a;
(2)①根据CO和H2的物质的量的变化情况可以判断,5?7min之间反应是处于平衡状态,所以5min时反应是处于平衡状态;
前5min平均反应速率v(CH4)=
=
=0.02mol/L?min-1;
故答案为:是;0.02mol?min-1;
②CH4(g)+H2O?CO(g)+3H2(g)
起始(mol/L) 0.20 0.50 0 0
反应(mol/L) 0.10 0.10 0.10 0.30
平衡(mol/L) 0.10 0.40 0.10 0.30
该反应的平衡常数K=
=0.0675,
故答案为:0.0675;
③反应在7~10min之间,CO的物质的量减少,加入氢气能让平衡逆向移动,减少一氧化碳的浓度,故答案为:d;
④第7分钟末将容器的体积缩至1L,瞬间甲烷的浓度变为原来的2倍,压强增大,平衡向逆反应移动,甲烷浓度增大,但不可能完全转化,小于0.4mol/L,最终达到新的平衡,图为:,故答案为:;
N2 +3H2
催化剂 |
高温高压 |
初始:1 4 0
变化:x 3x 2x
平衡:1-x 4-3x 2x
氨气的体积分数为15.00%时,则
2x |
2x+1-x+4-3x |
解得x=0.33,所以氢气的转化率=
0.33×3 |
4 |
②对于反应 N2+3H2
催化剂 |
高温高压 |
故答案为:a;
(2)①根据CO和H2的物质的量的变化情况可以判断,5?7min之间反应是处于平衡状态,所以5min时反应是处于平衡状态;
前5min平均反应速率v(CH4)=
△c |
△t |
| ||
5min |
故答案为:是;0.02mol?min-1;
②CH4(g)+H2O?CO(g)+3H2(g)
起始(mol/L) 0.20 0.50 0 0
反应(mol/L) 0.10 0.10 0.10 0.30
平衡(mol/L) 0.10 0.40 0.10 0.30
该反应的平衡常数K=
0.303×0.10 |
0.10×0.40 |
故答案为:0.0675;
③反应在7~10min之间,CO的物质的量减少,加入氢气能让平衡逆向移动,减少一氧化碳的浓度,故答案为:d;
④第7分钟末将容器的体积缩至1L,瞬间甲烷的浓度变为原来的2倍,压强增大,平衡向逆反应移动,甲烷浓度增大,但不可能完全转化,小于0.4mol/L,最终达到新的平衡,图为:,故答案为:;
点评:本题主要考查了反应速率、平衡常数的计算、外界条件对化学平衡的影响,注意三段法在计算中的运用.
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