题目内容

3．合成氨是人类科学技术上的一项重大突破．工业上以天然气为原料合成氨．其生产工艺如下：造气阶段→转化阶段→分离净化→合成阶段
（1）造气阶段的反应为：CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）△H=+206.1kJ/mol
①在一密闭容器中进行上述反应，测得 CH4的物质的量浓度随反应时间的变化如图1所示．反应中处于平衡状态的时间为5min-10min、12min后；10min时，改变的外界条件可能是升高温度．
②如图2所示，在初始容积相等的甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和H2O．在相同温度下发生反应，并维持反应过程中温度不变．则达到平衡时，两容器中CH4的转化率大小关系为：α甲（CH4）＜α乙（CH4）；

（2）转化阶段发生的可逆反应为：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g），一定温度下，反应的平衡常数为K=1．某时刻测得该温度下的密闭容器中各物质的物质的量见下表：
 COH2OCO2H2
0.5mol8.5mol2.0mol2.0mol
此时反应中正、逆反应速率的关系式是a（填序号）．
a．v（正）＞v（逆）     b．v（正）＜v（逆）      c．v（正）=v（逆）     d．无法判断
（3）合成氨反应为：N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）△H=-92.4kJ•mol?1
①依据温度对合成氨反应的影响，在如图3坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图．
②根据勒夏特列原理，简述提高合成氨原料转化率的一种方法增大压强或降低温度或分离液氨．

分析 （1）①平衡状态是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变，物质浓度不变，依据图形中甲烷的浓度变化曲线分析判断平衡状态；10min时，甲烷浓度减小，说明平衡正向进行，反应是吸热反应，则改变的外界条件可能是升温；
②甲为恒温恒容容器，乙为恒温恒压容器，乙容器中随反应进行，气体体积增大，为保持恒压，体积增大，压强减小，平衡正向进行；
（2）计算此时的浓度商和平衡常数比较来判断反应是否达到平衡状态；
（3）①合成氨的反应是放热反应，开始反应，氨气物质的量增大，达到平衡状态，继续升温，平衡逆向进行，氨气物质的量减小，据此画出变化图象；
②依据反应是气体体积减小的放热反应，结合平衡移动原理分析判断；

解答 解：（1）①分析CH4的物质的量浓度随反应时间的变化可知，浓度在5～10分钟、12分钟后 曲线出现平台，说明浓度不变，反应达到平衡状态，反应是吸热反应，在10min甲烷浓度减小最后达到平衡状态，说明改变的条件可以是升高温度，平衡正向进行，
故答案为：5～10分钟、12分钟后，升高温度；    
 ②在初始容积相等的甲、乙两容器中分别充入等物质的量的CH4和H2O．在相同温度下发生反应，并维持反应过程中温度不变，甲为恒温恒容容器，乙为恒温恒压容器，乙容器中随反应进行，气体体积增大，为保持恒压，体积增大，压强减小，平衡正向进行，甲烷的转化率增大，故α甲（CH4）＜α乙（CH4），
故答案为：＜；
（2）CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g），一定温度下，反应的平衡常数为K=1．某时刻测得该温度下的密闭容器中各物质的物质的量，反应前后气体物质的量不变，可以利用物质的量代替浓度计算反应的浓度商Qc=$\frac{2×2}{0.8×8.5}$=0.6＜K=1，则反应正向进行，选a，
故答案为：a；
（3）①合成氨的反应是放热反应，反应达到一定温度才可以发生反应，开始反应，氨气物质的量增大，达到平衡状态，继续升温，平衡逆向进行，氨气物质的量减小，画出的图象为：，故答案为；；
②依据平衡移动原理分析，分离出氨气促进平衡正向进行，反应时气体体积减小的反应，增大压强也可以使平衡正向进行，反应是放热反应，降低温度会使平衡正向进行，提高反应物的转化率，
故答案为：增大压强或降低温度或分离液氨；

点评 本题考查了化学平衡影响因素分析，平衡计算应用，注意反应特征的计算应用，图象绘制，掌握基础是关键，题目难度中等．

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