Question

（18分）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)  ΔH＝＋206.1 kJ/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下图1所示。反应中处于平衡状态的时间为             、              ；10 min时，改变的外界条件可能是             。

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：

CO	H2O	CO2	H2
0.5 mol	8.5 mol	2.0 mol	2.0 mol

此时反应中正、逆反应速率的关系式是              （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，在下图坐标系中，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               。

（4）工业合成氨的热化学方程式为

N₂(g)＋3H₂(g) 2NH₃(g)，ΔH＝－92.4 kJ·mol^－1。

在某压强恒定的密闭容器中加入2 mol N₂和4 mol H₂，达到平衡时，N₂的转化率为50%，体积变为10 L。求：

①该条件下的平衡常数为_________；

②若向该容器中加入a mol N₂、b mol H₂、c mol NH₃，且a、b、c均大于0，在相同条件下达到平衡时，混合物中各组分的物质的量与上述平衡相同。反应放出的热量________(填“>”“<”或“＝”)92.4 kJ。

Answer

（18分，每空2分)

（1） ①（1）5~10分钟、12分钟后 升高温度 ②< （2） a

（3） ①

②增大压强或降低温度或分离液氨 （4）①400 ②<

【解析】

试题分析：（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； 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(H4)<α乙(H4)

（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=(2×2)/(0.8×8.5)=0.6＜K=1，则反应正向进行，选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：

；

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；

（4）① N2(g) ＋ 3H2(g) 2NH3(g)

起始物质的量(mol) 2 4 0

变化物质的量(mol) 2 mol×50% 3 2

平衡时的物质的量(mol) 1 1 2

则平衡时的物质的量浓度分别是：c(N2)=0.1mol/L c(H2)=0.1mol/L c(NH3)=0.2mol/L

结合平衡常数的理论，可知K=c2(NH3)/[c(N2)×c3(H2)]=0.22/(0.1×0.13)=400；

②若向该容器中加入a mol N2、b mol H2、c mol NH3，且a、b、c均大于0，在相同条件下达到平衡时，混合物中各组分的物质的量与上述平衡相同，说明与原平衡形成了完全等效，因a大于0，实验变化中N2的变化量将小于1mol，因此反应过程中放出或吸收的热量将小于92.4 kJ。

【考点定位】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。

【名师点晴】化学平衡是高考的热点，也是重点和难点，综合性强，传统题型就是平衡图像题，因此能够掌握典型题目的解题方法和思路，对解题能力的提高更为重要；对于速率—时间图，要分析V正、V逆随时间变化的规律，确定平衡状态及速率变化对平衡状态的影响，分析可能的影响因素；对于浓度---时间图，要搞清平衡体系组分的物质的量浓度在反应过程中的变化情况，图像中曲线的折点一般为平衡点；对于含量---时间---温度（或压强）图，此类图象表示的是不同温度或压强下反应物或生成物的物质的量（体积）分数或转化率的变化过程，包含达到平衡所需的时间和不同温度（压强）下的平衡状态的物质的量分数比较等，通常注意：先拐先平，可得该曲线的温度更高、压强更大。