Question

【题目】合成氨工业是贵州省开磷集团的重要支柱产业之一。氨是一种重要的化工原料，在工农业生产中有广泛的应用。

（1）在一定温度下，在固定体积的密闭容器中进行可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。该可逆反应达到平衡的标志是___。

a.3v正(H2)=2v逆(NH3)

b.单位时间生成mmolN2的同时生成3mmolH2

c.容器内的总压强不再随时间而变化

d.混合气体的密度不再随时间变化

（2）工业上可用天然气原料来制取合成氨的原料气氢气。某研究性学习小组的同学模拟工业制取氢气的

原理，在一定温度下，体积为2L的恒容密闭容器中测得如下表所示数据。请回答下列问题：

时间/min	CH4(mol)	H2O(mol)	CO(mol)	H2(mol)
0	0.40	1.00	0	0
5	a	0.80	c	0.60
7	0.20	b	0.20	d
10	0.21	0.81	0.19	0.64

①写出工业用天然气原料制取氢气的化学方程式：___。

②分析表中数据，判断5min时反应是否处于平衡状态？___（填“是”或“否”），前5min反应的平均反应速率v(CH4)=___。

③反应在7～10min内，CO的物质的量减少的原因可能是___ (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

Answer 1

【答案】c CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) 是 0.020mol·L-1·min-1 d

【解析】

（1）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的物理量不变，据此分析，注意不同物质的反应速率之比等于计量系数之比；

（2）①结合表中数据，根据化学计量数与物质的量呈正比进行分析解答；

②根据平衡时物质的浓度不再发生变化分析；根据反应速率＝△c/△t计算；

③反应在7~10min内，CO的物质的量减少，而氢气的物质的量增大，据此分析。

（1）a．达到平衡状态时，v正(H2): v逆(NH3)=3:2，即2v正(H2)＝3v逆(NH3)，故a错误；

b．氮气和氢气都是反应物，单位时间内生产mmol氮气的同时，必然生成3mmol氢气，反应不一定达到平衡状态，故b错误；

c．该反应正反应是体积减小的反应，在恒容条件下，反应正向进行，气体的总压强减小，反应逆向进行，气体的总压强增大，容器内的总压强不变时，反应达到平衡状态，故c正确；

d．根据质量守恒、容器的体积不变得知，无论反应是否达到平衡状态，混合气体的密度始终不变，所以不能作为判断平衡状态的依据，故d错误；

故答案为：c；

（2）①由表中数据可知，反应5min，消耗0.2molH2O，生成0.3molH2，因此H2O和H2的化学计量数之比为1：3，反应7min时，消耗0.2molCH4，生成0.2molCO，因此CH4和CO的化学计量数之比为1：1，则用天然气原料制取氢气的化学方程式为CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)，故答案为：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)；

②根据方程式CH4+H2O＝CO+3H2结合表中数据可知c＝0.2，所以5 min时反应已经处于平衡状态；前5 min内消耗甲烷是0.2mol，浓度是0.1mol/L，则反应的平均反应速率v(CH4)＝0.1mol/L÷5min＝0.02 mol·L－1·min－1，故答案为：是；0.020mol·L-1·min-1；

③反应在7~10min内，CO的物质的量减少，而氢气的物质的量增大，可能是充入氢气，使平衡逆向移动引起的，d选项正确，故答案为：d。