Question

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在一个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，10min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），在一定温度下，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，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2mol N₂和4mol 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。

③在一定温度下，在一个容积不变的密闭容器中，发生合成氨反应，下列能判断该反应达到化学平衡状态的是____________

a．v（N₂）=3v（NH₃）

b．混合气体的密度不随时间改变

c．混合气体的平均相对分子质量不随时间改变

d．容器中的压强不随时间改变

e．c（N₂）=c（NH₃）

Answer

（1）①升高温度 ②＜ （2） a （3）增大压强或降低温度或分离液氨

（4）① 400L2/mol2 ②＜ ③cd

【解析】

试题分析：（1）①10min时，瞬间甲烷浓度不变，不能是改变压强，而后甲烷浓度减小，说明改变条件平衡正向移动，正反应为放热反应，可能是升高温度；

②反应过程中温度不变，正反应为气体物质的量增大的反应，甲中压强增大，而乙中压强不变，甲等效为乙平衡的基础上增大压强，与乙中平衡相比逆向移动，则α甲（CH4）＜α乙（CH4）；

（2反应前后气体体积不变，用物质的量代替浓度计算浓度商Qc==0.94＜K=1，反应向正反应进行，故v（正）＞v（逆），答案选a；

（3）正反应是体积减小的放热反应，则根据勒夏特列原理，增大压强或降低温度或分离液氨都有利于平衡正向移动，反应物转化率增大。

（4）在某压强恒定的密闭容器中加入2mol N2和4mol H2，达到平衡时，N2的转化率为50%，转化的氮气为2mol×50%=1mol，则：

N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）

起始量（mol）2 4 0

转化量（mol）1 3 2

平衡量（mol）1 1 2

平衡时氮气、氢气和氨气的平衡浓度分别是0.1mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L，所以

①平衡常数K==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，则转化的氮气小于1mol，故反应放出的热量＜92.4kJ。

③a．v（N2）＝3v（NH3）没有注明反应的方向，且也不能满足反应速率之比是相应的化学计量数之比，不能说明反应达到平衡状态，a错误；b．反应前后气体的质量和容器的容积均不变，则混合气体的密度始终不变，因此密度不随时间改变不能说明反应达到平衡状态，b错误；c．混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，质量不变，但物质的量是变化的，所以混合气体的平均相对分子质量不随时间改变可以说明反应达到平衡状态，c正确；d．正反应是体积减小的，则容器中的压强不随时间改变可以说明反应达到平衡状态，d正确；e．c（N2）=c（NH3）不一定说明反应处于平衡状态，e错误，答案选cd。

【考点定位】本题主要是考查化学平衡计算与影响因素、平衡状态特征、平衡常数计算及应用

【名师点晴】该题考查的知识点较多，主要是围绕外界条件对反应速率和平衡状态的影响、平衡常数计算及其应用、平衡状态判断和有关图像分析等，难点是图像分析和平衡状态的判断以及等效平衡的应用。关于平衡状态的判断除了要明确其含义和特征外，判断时要紧紧抓住“变量不再发生变化”这一关键。关于图像的分析要注意起点、拐点和终点，然后结合反应特点分析解答。