Question

8．合成氨反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）$?_{催化劑}^{高溫高壓}$ 2NH₃（g）△H＜0 具有重要的意義．
（1）①該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式是K=$\frac{[NH{\;}_{3}]^{2}}{[N{\;}_{2}][H{\;}_{2}]{\;}^{3}}$．
②該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K與溫度T的關(guān)系如下表所示：

T/K	473	573	673	…
K	4.4×10-2	K1	K2	…

其中，K₁＞ K₂（填“＞”、“=”或“＜”）．
③理論上，為了增大平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是a、d．（填序號(hào)）
a．增大壓強(qiáng)              b．使用合適的催化劑
c．升高溫度              d．及時(shí)分離出產(chǎn)物中的NH₃
（2）原料氣H₂可通過(guò)反應(yīng) CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g） 獲取，已知該反應(yīng)中，當(dāng)初始混合氣中的 $\frac{n（{H}_{2}O）}{n（C{H}_{4}）}$恒定時(shí)，溫度、壓強(qiáng)對(duì)平衡混合氣CH₄含量的影響如圖所示：
①圖中，兩條曲線表示壓強(qiáng)的關(guān)系是：P₁＜P₂（填“＞”、“=”或“＜”）．
②該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）．
（3）原料氣H₂還可通過(guò)反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）═CO₂ （g）+H₂（g） 獲�。�
①T℃時(shí)，向容積固定為5L的容器中充入1mol水蒸氣和1mol CO，反應(yīng)達(dá)平衡后，測(cè)得CO的濃度為0.08mol•L^-1，則平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為60%，該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K值為2.25．
②保持溫度仍為T(mén)℃，改變水蒸氣和CO的初始物質(zhì)的量之比，充入容器進(jìn)行反應(yīng)，下列描述能夠說(shuō)明體系處于平衡狀態(tài)的是cd（填序號(hào)）．
a．容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時(shí)間改變
b．混合氣體的密度不隨時(shí)間改變
c．單位時(shí)間內(nèi)生成a mol CO₂的同時(shí)消耗a mol H₂
d．混合氣中n （CO）：n （H₂O）：n （CO₂）：n （H₂）=1：16：6：6．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)=$\frac{生成物平衡濃度系數(shù)次方的乘積}{反應(yīng)物平衡濃度系數(shù)次方的乘積}$書(shū)寫(xiě)表達(dá)式；
②根據(jù)溫度對(duì)平衡常數(shù)的影響，對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度越高，K越小；
③反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）$?_{催化劑}^{高溫高壓}$ 2NH₃（g）△H＜0 是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，所以理論上，為了增大平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率，可采取加壓、降溫、降低產(chǎn)物濃度等方法，催化劑對(duì)轉(zhuǎn)化率沒(méi)有影響；
（2）①正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng)，混合氣體中甲烷的含量增大；
②由圖可知，隨溫度升高甲烷的含量減小，說(shuō)明升高溫度平衡正向移動(dòng)，而升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)；
（3）①T℃時(shí)，向容積固定為5L的容器中充入1mol水蒸氣和1mol CO，反應(yīng)達(dá)平衡后，測(cè)得CO的濃度為0.08mol•L^-1，則：
               CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂ （g）
起始濃度（mol/L）：0.2    0.2      0        0
變化濃度（mol/L）：0.12   0.12     0.12     0.12
平衡濃度（mol/L）：0.08   0.08     0.12     0.12
平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{CO濃度變化量}{CO起始濃度}$×100%；平衡常數(shù)K=$\frac{c（CO{\;}_{2}）×c（H{\;}_{2}）}{c（CO）×c（H{\;}_{2}O）}$；
②可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說(shuō)明到達(dá)平衡，D選項(xiàng)計(jì)算濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行．

解答 解：（1）①根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)=$\frac{生成物平衡濃度系數(shù)次方的乘積}{反應(yīng)物平衡濃度系數(shù)次方的乘積}$可知，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{[NH{\;}_{3}]^{2}}{[N{\;}_{2}][H{\;}_{2}]{\;}^{3}}$，
故答案為：$\frac{[NH{\;}_{3}]^{2}}{[N{\;}_{2}][H{\;}_{2}]{\;}^{3}}$；
②合成氨反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）△H＜0，對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度越高，K越小，所以K₁＞K₂，
故答案為：＞．
③反應(yīng)N₂（g）+3H₂（g）$?_{催化劑}^{高溫高壓}$ 2NH₃（g）△H＜0 是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，所以理論上，為了增大平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率，可采取加壓、降溫、降低產(chǎn)物濃度等方法，催化劑對(duì)轉(zhuǎn)化率沒(méi)有影響，故選a、d；
（2）①正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡逆向移動(dòng)，混合氣體中甲烷的含量增大，所以P₂＞P₁，
故答案為：＜；
②由圖可知，隨溫度升高甲烷的含量減小，說(shuō)明升高溫度平衡正向移動(dòng)，而升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，
故答案為：吸熱；
（3）①T℃時(shí)，向容積固定為5L的容器中充入1mol水蒸氣和1mol CO，反應(yīng)達(dá)平衡后，測(cè)得CO的濃度為0.08mol•L^-1，則：
               CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂ （g）
起始濃度（mol/L）：0.2    0.2     0        0
變化濃度（mol/L）：0.12   0.12    0.12     0.12
平衡濃度（mol/L）：0.08   0.08    0.12     0.12
平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.12mol}{0.2mol}$×100%=60%；平衡常數(shù)K=$\frac{c（CO{\;}_{2}）×c（H{\;}_{2}）}{c（CO）×c（H{\;}_{2}O）}$=$\frac{0.12×0.12}{0.08×0.08}$=2.25，
故答案為：60%；2.25；
②a．反應(yīng)中混合氣體物質(zhì)的量不變，容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時(shí)間改變，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a不符合；
b．混合氣體質(zhì)量不變，容器容積不變，混合氣體的密度不隨時(shí)間改變，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b不符合；
c．單位時(shí)間內(nèi)生成amolCO₂的同時(shí)消耗amolH₂，說(shuō)明二氧化碳或氫氣的正逆反應(yīng)速率相同，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c符合；
d．混合氣中n（CO）：n（H₂O）：n（CO₂）：n（H₂）=1：16：6：6，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量相同，可以利用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算濃度商和平衡常數(shù)比較，Qc=$\frac{6×6}{1×16}$=2.25=K，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d符合，
故答案為：cd．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡狀態(tài)的判斷、平衡常數(shù)計(jì)算及應(yīng)用等，難度中等，（3）中平衡狀態(tài)判斷d選項(xiàng)中注意利用濃度商與平衡常數(shù)關(guān)系分析．