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

 

（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

①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）=

 

．
②在相同实验条件下，若改为加入CH₄0.1mol，若要求平衡后H₂在反应混合气中质量分数不变，则还需加入的物质及其物质的量为

 

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
④若第7分钟时将容器压缩至1L，请在坐标系如图C中画出从反应开始到第11分钟建立新平衡时甲烷浓度随时间的变化趋势曲线．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,体积百分含量随温度、压强变化曲线

专题：

分析：（1）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；
（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根据恒温恒容容器中等量等效分析判断，结合反应定量关系计算；
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
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

催化剂   .

高温高压

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

2x

2x+1-x+4-3x

×100%=15%
解得x=0.33，所以氢气的转化率=

0.33×3

4

×100%≈24.46%，故答案为：24.46%；
②对于反应 N₂+3H₂

催化剂   .

高温高压

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）=

△c

△t

=

0.4mol-0.2mol 2L

5min

=0.02mol/L?min^-1；
故答案为：是；0.02mol?min^-1；
②根据恒温恒容容器中等量等效分析判断          
             CH₄（g）+H₂O?CO（g）+3H₂（g）
起始（mol）   0.40    1.0   0       0
加入量（mol） 0.10    0.7   0.1    0.3
转化后（mol） 0.40    1.0    0      0
还需加入的物质及其物质的量CO 0.3mol，H₂ 0.9mol，H₂O 0.7mol；
故答案为：CO 0.3mol，H₂ 0.9mol，H₂O 0.7mol；
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，注意三段式在计算中的运用，题目难度中等．