Question

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1：4的物质的量之比充入N₂、H₂进行氨的合成，图A为T⁰C时平衡混合物中氨气的体积分数与压强（P）的关系图．

①写出工业上合成氨的化学方程式

N₂+3H₂

催化剂 .

高温高压

2NH₃

．
②图A中氨气的体积分数为15.00%时，H₂的转化率=

24.45%

．
③图B中T=500°C，温度为450⁰C对应的曲线是

b

（选填字母“a“或“b”），选择的理由是

合成氨的正反应是放热反应，根据勒夏特列原理，其他条件不变，降低温度，化学平衡向放热反应方向移动

④由图象知，增大压强可提高原料的利用率，从生产实际考虑增大压强需解决的问题是

研制耐压设备（或增大压强的动力、材料的强度等其他合理答案）

（写出一条即可）．
（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）+H₂OCO（g）+3H₂（g）；△H=+QkJ/mol（Q＞0）
（3）一定温度下，在2L容器中发生上述反应，各物质的物质的量变化如下表

时间/min	CH4（mol）	H20（ mol）	CO （mol）	H2 （mol）
0	0.40	1.00	0	0
5	X1	X2	X3	0.60
7	Y1	Y2	0.20	Y3
10	0.21	0.81	0.19	0.62

①分析表中数据，判断5?7min之间反应是否处于平衡状态

是

（填“是”或“否”），
前5min平均反应速率v（CH₄）=

0.02mol?min^-1

．
②反应在7～10min之间，CO的物质的量减少的原因可能是

d

（填字母）．
a?减少CH₄      b?降低温度c?增大压强d?充入H₂
③若保持温度不变，向1L容器中起始充入0.15mol CH₄.0.45mol H₂O．

0.05

mol CO、

0.15

mol H₂，达到平衡时CH₄的体积百分含量与第一次投料相同．

Answer 1

分析：（1）①工业上利用氮气和氢气来合成氨；
②根据三行计算来确定物质的转化率；
③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

来计算反应的速率；
②根据影响化学平衡移动的因素来分析；
③根据等效平衡知识来回答．

解答：解：（1）①工业上利用氮气和氢气来合成氨，原理方程式为：N₂+3H₂

催化剂 .

高温高压

2NH₃，故答案为：N₂+3H₂

催化剂 .

高温高压

2NH₃；
②设N₂的转化率为x，则N₂+3H₂

催化剂 .

高温高压

2NH₃
初始物质的量：1    4            0
变化的物质的量：x     3x          2x 
平衡时的物质的量：1-x   4-3x         2x
氨气的体积分数为15.00%时，则

2x

2x+1-x+4-3x

=15%
解得x=0.33（mol），所以氢气的转化率=

0.33×3

4

×100%≈24.45%，故答案为：24.45%；
③对于反应N₂+3H₂

催化剂 .

高温高压

2NH₃，当温度降低时，化学平衡向放热反应方向移动，所以氨气的体积分数增大，对应的曲线是b，
故答案为：b；合成氨的正反应是放热反应，根据勒夏特列原理，其他条件不变，降低温度，化学平衡向放热反应方向移动；
④增大压强可提高原料的利用率，但是设备的耐压程度是有限的，从生产实际考虑增大压强可以研制耐压设备或增大压强的动力、材料的强度等，
故答案为：研制耐压设备（或增大压强的动力、材料的强度等其他合理答案）；
（2）①根据一氧化碳和氢气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，前5min平均反应速率v（CH₄）=

△c

△t

=

0.4mol-0.2mol 2L

5min

=0.02mol?min^-1，
故答案为：是；0.02mol?min^-1；
②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；
③若保持温度不变，向1L容器中起始充入0.15molCH₄、0.45molH₂O，再充入0.05molCO、0.15molH₂相当于是0.05mol的甲烷和0.05mol的水，即充入甲烷是0.2mol，水是0.5mol，和初始投料0.4mol的甲烷和1.0mol的水是等效的，达到平衡时CH₄的体积百分含量相同，故答案为：0.05；0.15．

点评：本题是一道化学平衡知识的综合题，考查学生分析和解决问题的能力，题目难度大．