Question

化学反应原理在工业生产中有广泛的应用。

(1)工业合成氨气的氢气主要来自天然气与水的反应, 但这种原料气中含有CO杂质，工业生产中通过下列反应来实现原料气中CO的除去。

CO(g)+H₂O(g)CO(g)+ H₂(g) △H<0。一定条件下反应达到平衡后采取_____措施可提高CO的转化率。在容积为2L的容器中发生上述反应，其中c(CO₂)与反应时间(t)的关系如图甲所示，在t₀时刻将容器体积扩大至4L，在图甲中画出t₀时刻后。c(CO₂)与反应时间(t)的变化曲线_____。

(2)氨气的重要用途是合成尿素. 当加料比n(NH₃)/n(CO₂)=4时，CO₂的转化率变化如图乙所示，a点v(CO₂)_逆______点v(CO₂)_正(填“大于”、“小于”或“等于”)。NH₃的平衡转化率是______。

(3)某科研小组利用CO和H₂在密闭容器中反应合成甲醇的实验，容器的开始体积是VL，实验中向容器中加人CO nmol, H₂2nmol，在一定的压强和催化剂的作用下反应：CO (g)+ 2H₂(g) CH₃OH(g)。右图为反应达到平衡时CO的转化率与温度、压强的关系。回答下列问题。

①上述合成甲醇的反应是______(填 “吸热”或“放热”)反应，图像中的压强p₁、p₂、p₃的大小关系是_______。

②由图像分析压强p₁温度是100℃时合成甲醇反应的平衡常数K=_______。

③在压强是p₁温度是100℃的条件下，开始若向容器中加入CO 2nmol，H₂4nmol，反应达到平衡时CO的转化率_____(填“变大”、“变小”或“不变”)，平衡时CO的物质的量_____(填“大于”、“小于”或“等于”)nmol

Answer

降温、增加H2O(g)的浓度 小于 30% 放热 p1p2>p1；②：CO (g)+ 2H2(g) CH3OH(g)

起始： n 2n 0

变化： 0.5n n 0.5n

平衡： 0.5n n 0.5n 是等温等压下，因此反应前后体积之比等于其物质的量之比，即达到平衡时容器的体积为2V/3，根据化学平衡常数的定义K=c(CH3OH)/K=c(CH3OH)/[c2(H2)×c(CO)]=0.5×3n/2V/[(3n/2V)2×0.5×3n/2V)]= 4V2／9n2；③因为反应条件是恒温恒压下，因此投入量的比值等于原平衡投入量的比值，构成等效平衡，即2n:4n=n:2n=1:2，两个平衡为等效平衡，CO的转化率不变，平衡时CO的物质的量为(2n－2n×0.5)mol=nmol。