Question

【题目】氮气氢气合成氨过程中制氢气的原理如下：

①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206.4 kJ·mol－1

②CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41.2 kJ·mol－1

（1）对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2的百分含量，又能加快反应速率的措施是_______。

a．升高温度　b．增大水蒸气浓度　c．加入催化剂　d．降低压强

（2）利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2的产量。若1 mol CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合气体，则CO的转化率为________。

（3）图(a)表示500 ℃、60.0 MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：____________。

（4）依据温度对合成氨反应的影响，在图(b)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________。

　

Answer 1

【答案】a90％14.5%

【解析】

(1)反应①CH4(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)△H=+206.4 kJmol-1，是气体体积增大的吸热反应，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，说明平衡正向进行，又能加快反应速率，说明影响反应速率的条件可以是升温、加压、增大浓度等，分析反应特征可知反应正向进行且反应速率增大的只有升温平衡向吸热反应进行，平衡正向进行反应速率增大；a．反应是吸热反应，升高温度，反应速率增大，平衡正向进行，平衡体系中H2百分含量增大，故a符合；b．增大水蒸气浓度，平衡正向进行，反应速率增大，但平衡体系中H2百分含量不一定增大，故b不符合；c．加入催化剂，改变反应速率不改变化学平衡，反应速率增大，氢气百分含量不变，故c不符合；d．降低压强，反应速率减小，平衡逆向进行，氢气百分含量减小，故d不符合；故选a；

(2)利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2产量，若1mol CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)中 CO为0.2mol，H2的物质的量为0.8mol，与H2O反应，得到1.18mol CO、CO2和H2的混合气体，依据反应前后气体体积不变，增加的部分应该是起始的水蒸气的物质的量为0.18mol，设转化的一氧化碳的物质的量为x，

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H=-41.2 kJmol-1

起始量(mol) 0.2 0.18+x 0 0.8

变化量(mol) x x x x

平衡量(mol)0.2-x 0.18 x x+0.8

则0.2-x+x+x+0.8=1.18，解得x=0.18，则CO转化率为×100%=90%，故答案为：90%；

(3)依据反应特征N2+3H22NH3 △V

1 3 2 2

平衡体积 V V

即反应前后气体体积减小为生成氨气的体积，相同条件下，气体体积比等于气体物质的量之比，由图像分析可知平衡状态氨气体积含量42%，设平衡混合气体体积为100，氨气为体积42，则反应前气体体积100+42=142，氮气和氢气按照1：3混合，氮气体积=142×=35.5，依据化学方程式计算反应的氮气体积为21，平衡状态氮气为35.5-21=14.5，则氮气体积分数为14.5%；故答案为：14.5%；

(4)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，画出的图像为：，故答案为：。