Question

13．運用化學反應原理研究合成氨反應有重要意義，請完成下列探究．
（1）生產氫氣：將水蒸氣通過紅熱的炭即產生水煤氣．C（s）+H₂O（g）?H₂（g）+CO（g）△H=+131.3kJ•mol^-1，△S=+133.7J•mol^-1•K^-1，
①該反應在低溫下不能（填“能”或“不能”）自發(fā)進行．
②寫出該反應的平衡常數表達式k=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$．
（2）已知在400℃時，N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）的K=0.5．
①在400℃時，2NH₃（g）?N₂（g）+3H₂（g）的K′=2（填數值）．
②400℃時，在0.5L的反應容器中進行合成氨反應，一段時間后，測得N₂、H₂、NH₃的物質的量分別為2mol、1mol、2mol，則此時反應v（N₂）正= v（N₂）逆（填“＞”、“＜”、“=”或“不能確定”）．
③若在恒溫、恒壓條件下向平衡體系中通入氬氣，則合成氨反應的平衡向左移動（填“向左”、“向左”或“不”）；使用催化劑，反應的△H不改變（填“增大”、“減小”或“不改變”）．
（3）水煤氣轉化反應CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）在一定溫度下達到化學平衡．現將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中進行反應，得到如表兩組教據：

實驗組	溫度/℃	起始量/mol		平衡量/mol		達到平衡所需時間/min
		H2O	CO	H2	CO
1	650	2	4	1.6	2.4	5
2	900	1	2	0.4	1.6	3

①實驗l中以CO₂表示的反應速率為v（CO₂）=0.16mol/（L•min）；
②實驗1的平衡常數K₁大于實驗2的平衡常數K₂ （填“大于””小于，“等于”“不能確定”）．
③該反應正方向為放 （填“吸”或‘放”）熱反應．

Answer 1

分析 （1）①根據反應能否自發(fā)進行的判據：△H-T△S＜0，反應自發(fā)進行，代入數據來計算；
②k=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$；
（2）①互為逆反應的化學反應平衡常數互為倒數；
②根據濃度熵和平衡常數之間的關系來判斷反應的狀態(tài)；
③恒壓條件下向平衡體系中通入氬氣，體積增大，平衡向逆方向移動；催化劑對反應熱不影響；
（3）①已知平衡時c（H₂）=1.6mol，所以c（CO₂）=1.6mol，根據公式求出v（CO₂）
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始（c）  2                 1             0                 0
變化          0.8             0.8            0.8             0.8
平衡          1.2             0.2             0.8             0.8，k₁=$\frac{0.8×0.8}{1.2×0.2}$=2.7，
               CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始（c）  1               0.5             0                 0
變化          0.2             0.2            0.2               0.2
平衡          0.8             0.3             0.2            0.2，k₂=$\frac{0.2×0.2}{0.8×0.3}$=0.17，故K₁ 的平衡常數大于K₂；
③第二組溫度比第一組高，反應物物質的量比第一組減半，但是平衡時H₂的物質的量比第一組的一半少，表明該反應為放熱反應．

解答 解：（1）①△H-T△S=131.3KJ/mol-T×133.7×0.001KJ/（K•mol），在低溫下，該值一定是大于0的，所以不能在低溫下自發(fā)進行，
故答案為：不能；
②k=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$，
故答案為：k=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}）}{c（{H}_{2}O）}$；
（2）①反應2NH₃（g）?N₂ （g）+3H₂（g）和反應N₂ （g）+3H₂（g）?2NH₃（g）是互為可逆反應，平衡常數互為倒數，故此反應的平衡常數是2，
故答案為：2；
②一段時間后，當N₂、H₂、NH₃的物質的量分別為4mol/L、2mol/L、4mol/L時，Qc=$\frac{{4}^{2}}{4×{2}^{3}}$=0.5=K₁，所以該狀態(tài)是平衡狀態(tài)，正逆反應速率相等，
故答案為：=；
③恒壓條件下向平衡體系中通入氬氣，體積增大，平衡向逆方向移動；加入催化劑，只改變反應的活化能，但反應熱不變；
故答案為：向左；不改變；
（3）①已知平衡時c（H₂）=1.6mol，所以c（CO₂）=1.6mol，v（CO₂）=$\frac{\frac{1.6mol}{2L}}{5min}$=0.16mol/（L•min），
故答案為：0.16mol/（L•min）；
②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始（c）  2                 1             0                 0
變化          0.8             0.8            0.8             0.8
平衡          1.2             0.2             0.8             0.8，k₁=$\frac{0.8×0.8}{1.2×0.2}$=2.7，
               CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
起始（c）  1               0.5             0                 0
變化          0.2             0.2            0.2               0.2
平衡          0.8             0.3             0.2            0.2，k₂=$\frac{0.2×0.2}{0.8×0.3}$=0.17，故K₁ 的平衡常數大于K₂，
故答案為：大于；
③第二組溫度比第一組高，反應物物質的量比第一組減半，但是平衡時H₂的物質的量比第一組的一半少，表明該反應為放熱反應，
故答案為：放；

點評 本題考查學生有關化學平衡的有關知識，主要涉及反應能否自發(fā)進行，平衡常數的計算及表示方法，平衡移動等，可以根據所學知識進行回答，難度不大．