Question

氨是最重要的化工产品之一．其生产方法也在逐渐改进中，各国科学家均在为提高氨的产量，降低能耗做各种有益的探究．试运用所学知识，解决下列问题：


（1）合成氨用的H₂可以用CH₄为原料制得．其总反应方程式为：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
①对于气体反应，用某组分（B）的平衡压强（p_B）代替物质的量浓度（c_B）也可以表示平衡常数（记作K_P），则上述反应的K_P=

 

．该反应的△S

 

0，（填“＞”、“=”或“＜”）．
②能说明该反应达到平衡状态的是

 

．
A．v（CH₄）═3v（H₂）              
B．恒容容器中，体系的压强不再改变
C．恒容容器中，体系中气体的密度不再改变
D．恒容容器中，气体的摩尔质量不再改变
（2）有关化学反应的能量变化如图1所示．则CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CO（g）和H₂（g）的热化学方程式：

 

．
（3）合成氨用的H₂还可用水煤气为原料制得．其总反应方程式为：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
①图2是在一定条件下发生上述反应时，反应物和生成物能量与活化能的关系．在图2中曲线

 

（填“a”或“b”）表示加入催化剂的能量变化曲线，催化剂能加快反应速率的原因是

 

；
②已知该反应平衡常数随温度的变化如下：

温度	400	500	800
平衡常数	9.94	9	1

在500℃时将0.2mol CO和0.2mol H₂O放入容积为2L的密闭容器中，t₁时达到平衡，反应过程中c（CO）随时间t变化趋势曲线如图3所示．若其他条件不变，t₁时将容器体积先迅速压缩到1L，t₂时迅速升温至800℃，t₃重新达到平衡．画出t₁-t₄的c（CO）随时间t变化趋势曲线．

Answer 1

考点：反应热和焓变,热化学方程式,化学反应速率的影响因素,化学平衡状态的判断,物质的量或浓度随时间的变化曲线

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①依据化学平衡常数表达式的书写方法书写，正反应为气体体积增大的反应；
②化学平衡状态判断的关键是正逆反应速率相等和各组分浓度不变；
（2）依据图象分析反应过程都是能量降低的过程，说明反应是放热反应；写出对应热化学方程式，依据盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（3）①催化剂通过降低反应的活化能来加快反应速率；
②据影响平衡移动的因素分析．

解答： 解：（1）①根据化学平衡常数表达式的写法可知，K_P=

P3(H2)?P(CO)

P(CH4)?P(H2O)

，正反应气体体积增大，△S＞0，故答案为：

P3(H2)?P(CO)

P(CH4)?P(H2O)

；＞；
②A、不能说明正逆反应速率相等，故A错误；
B、反应前后气体体积不同，所以压强不变说明各组分浓度不变了，反应达到平衡状态，故B正确；
C、体积不变，反应物互为生成物都是气体，质量不变，所以密度不变不能说明反应达到平衡状态，故C错误；
D、平均相对分子质量不变，说明气体物质的量不变了，各组分浓度不变了，反应达到平衡状态，故D正确；
故选BD；
（2）图1中各反应的热化学方程式为：
①CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-282KJ/mol
②H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol
③CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-846.3KJ/mol
由盖斯定律③-②×3-①得到：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g）△H=+161.1kJ?mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂ （g）△H=+161.1kJ?mol^-1；
（3）①催化剂通过降低反应的活化能，增大活化分子的百分数，从而增大有效碰撞的次数，达到加快反应速率的目的，
故答案为：b；催化剂能降低该反应的活化能，提高了活化分子的百分数，有效碰撞的次数增加，化学反应速率加快；
②反应前后气体体积不变，容器体积从2L变为1L时，平衡不发生移动，只是CO的浓度变为原来的2倍；平衡常数随温度的升高而减小，说明正反应放热，温度升高时平衡向吸热的逆向移动，CO浓度增大；如图，
故答案为：

点评：本题考查了化学平衡常数的书写、盖斯定律的应用、催化剂的原理、平衡移动，题目有一定难度．