Question

【题目】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=500℃，则温度为450℃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2 L的恒容容器中发生上述反应，各物质的物质的量变化如下表：

①分析表中数据，判断5 min时反应是否处于平衡状态？_____（填“是”或“否”）。

②该温度下，上述反应的平衡常数K=_____________________。

③反应在7~10 min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下列方法中可以证明上述反应已达平衡状态的是___________。

a．单位时间内生成3n mol H2的同时生成n mol CO

b．容器内压强不再变化

c．混合气体密度不再变化

d．混合气体的平均相对分子质量不再变化

e．CH4的质量分数不再变化

⑤已知碳的气化反应在不同温度下平衡常数的对数值（lgK）如下表：

气化反应式	lgK
	700K	900K	1200K
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)	-2.64	-0.39	1.58
C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g)	-1.67	-0.03	1.44

则反应CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在900K时，该反应平衡常数的对数值（lgK）=_______。

（3）在容积可变的密闭容器中发生反应：mA(g)+nB(g)pC(g)，在一定温度和不同压强下达到平衡时，分别得到A的物质的量浓度如下表:

压强p/Pa	2×105	5×105	1×106
c（A）/molL-1	0.08	0.20	0.44

①当压强从2×105Pa增加到5×105Pa时，平衡______移动（填“正向、逆向或不”）。

②当压强为1×106Pa时，此反应的平衡常数表达式为______________。

Answer 1

【答案】 24.5% b 是 0.0675 d bde 0.36 不

【解析】(1)①设N2的转化率为x，
N2 +3H2 2NH3
初始：140
变化：x3x　2x
平衡：1-x4-3x 2x
氨气的体积分数为15.00%时，则×100%=15%，解得x=0.33，所以氢气的转化率=×100%≈24.5%；
②对于反应 N2+3H22NH3，△H＜0，当温度降低时，化学平衡向放热反应方向移动，即正反应移动，所以氨气的体积分数增大，对应的曲线是b；
(2)①5min时H2O的变化物质的量为1.00mol-0.8mol=0.2mol，此时生成的CO的物质的是量为0.2mol，和7min时CO的物质的量相等，则根据CO和H2的物质的量的变化情况可以判断，57min之间反应是处于平衡状态，所以5min时反应是处于平衡状态；

②该温度下，

CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)

起始浓度为(mol/L) 0.2 0.5 0 0

变化浓度为(mol/L) 0.1 0.1 0.1 0.3

起始浓度为(mol/L) 0.1 0.4 0.10 0.3

此温度下反应的平衡常数K===0.0675；

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；

④a．随反应的进行，单位时间内生成3n mol H2的同时生成n mol CO，均为正反应速率，故a错误；b．反应前后气体总的物质的量随反应的进行，在不断变化，当平衡时，总物质的量不变，此时容器内压强不再变化，则为平衡状态，故b正确；c．混合气体的质量和气体总体积始终不变，则密度始终不变，无法判断是否为平衡状态，故c错误；d．混合气体的总质量始终不变，但气体总物质的量是不定值，则当混合气体的平均相对分子质量不再变化时，此时反应为平衡状态，故d正确；e．CH4的质量分数不再变化，说明反应处于相对静止状态，为平衡状态，故e正确；答案为bde；

⑤已知：Ⅰ．C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)，令平衡常数为K1，
Ⅱ．C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g)，令平衡常数为K2，
则Ⅱ-Ⅰ可得：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，故该反应平衡常数K=，故lgK=lgK2-lgK1=-0.03-(-0.39)=0.36；

(3)①由表格数据可知当压强从2×105Pa增大为5×105Pa时，压强增大2.5倍，体积变为倍，浓度由0.08增大为0.20molL-1，也增大2.5倍，所以增大压强平衡不移动；

②由表格数据可知当压强从5×105Pa增大为1×106Pa时，压强增大2倍，体积变为倍，浓度应该由0.20增大为0.40molL-1，但是实际上A的浓度为0.44，说明平衡逆移，则反应前气体的物质的量小于反应后气体的物质的量，则反应物B不在是气态，所以此反应的平衡常数表达式为K=。