【題目】合成氨對(duì)化學(xué)工業(yè)和國(guó)防工業(yè)具有重要意義。
(1)向合成塔中按物質(zhì)的量之比l:4充入N2、H2進(jìn)行氨的合成,圖A為T℃時(shí)平衡混合物中氨氣的體積分?jǐn)?shù)與壓強(qiáng)(p)的關(guān)系圖。
①圖A中氨氣的體積分?jǐn)?shù)為15%時(shí),H2的轉(zhuǎn)化率為_______。
②圖B中T=500℃,則溫度為450℃時(shí)對(duì)應(yīng)的曲線是_______(填“a”或“b”)。
(2)合成氨所需的氫氣可由甲烷與水反應(yīng)制得,反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H>0,一定溫度下,在體積為2 L的恒容容器中發(fā)生上述反應(yīng),各物質(zhì)的物質(zhì)的量變化如下表:
①分析表中數(shù)據(jù),判斷5 min時(shí)反應(yīng)是否處于平衡狀態(tài)?_____(填“是”或“否”)。
②該溫度下,上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_____________________。
③反應(yīng)在7~10 min內(nèi),CO的物質(zhì)的量減少的原因可能是____________(填字母)。
a.減少CH4的物質(zhì)的量 b.降低溫度 c.升高溫度 d.充入H2
④下列方法中可以證明上述反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是___________。
a.單位時(shí)間內(nèi)生成3n mol H2的同時(shí)生成n mol CO
b.容器內(nèi)壓強(qiáng)不再變化
c.混合氣體密度不再變化
d.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化
e.CH4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再變化
⑤已知碳的氣化反應(yīng)在不同溫度下平衡常數(shù)的對(duì)數(shù)值(lgK)如下表:
氣化反應(yīng)式 | lgK | ||
700K | 900K | 1200K | |
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) | -2.64 | -0.39 | 1.58 |
C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g) | -1.67 | -0.03 | 1.44 |
則反應(yīng)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)在900K時(shí),該反應(yīng)平衡常數(shù)的對(duì)數(shù)值(lgK)=_______。
(3)在容積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng):mA(g)+nB(g)pC(g),在一定溫度和不同壓強(qiáng)下達(dá)到平衡時(shí),分別得到A的物質(zhì)的量濃度如下表:
壓強(qiáng)p/Pa | 2×105 | 5×105 | 1×106 |
c(A)/molL-1 | 0.08 | 0.20 | 0.44 |
①當(dāng)壓強(qiáng)從2×105Pa增加到5×105Pa時(shí),平衡______移動(dòng)(填“正向、逆向或不”)。
②當(dāng)壓強(qiáng)為1×106Pa時(shí),此反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為______________。
【答案】 24.5% b 是 0.0675 d bde 0.36 不
【解析】(1)①設(shè)N2的轉(zhuǎn)化率為x,
N2 +3H2 2NH3
初始:140
變化:x3x 2x
平衡:1-x4-3x 2x
氨氣的體積分?jǐn)?shù)為15.00%時(shí),則×100%=15%,解得x=0.33,所以氫氣的轉(zhuǎn)化率=×100%≈24.5%;
②對(duì)于反應(yīng) N2+3H22NH3,△H<0,當(dāng)溫度降低時(shí),化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動(dòng),即正反應(yīng)移動(dòng),所以氨氣的體積分?jǐn)?shù)增大,對(duì)應(yīng)的曲線是b;
(2)①5min時(shí)H2O的變化物質(zhì)的量為1.00mol-0.8mol=0.2mol,此時(shí)生成的CO的物質(zhì)的是量為0.2mol,和7min時(shí)CO的物質(zhì)的量相等,則根據(jù)CO和H2的物質(zhì)的量的變化情況可以判斷,57min之間反應(yīng)是處于平衡狀態(tài),所以5min時(shí)反應(yīng)是處于平衡狀態(tài);
②該溫度下,
CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)
起始濃度為(mol/L) 0.2 0.5 0 0
變化濃度為(mol/L) 0.1 0.1 0.1 0.3
起始濃度為(mol/L) 0.1 0.4 0.10 0.3
此溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)K===0.0675;
③反應(yīng)在7~10min之間,CO的物質(zhì)的量減少,加入氫氣能讓平衡逆向移動(dòng),減少一氧化碳的濃度,故答案為d;
④a.隨反應(yīng)的進(jìn)行,單位時(shí)間內(nèi)生成3n mol H2的同時(shí)生成n mol CO,均為正反應(yīng)速率,故a錯(cuò)誤;b.反應(yīng)前后氣體總的物質(zhì)的量隨反應(yīng)的進(jìn)行,在不斷變化,當(dāng)平衡時(shí),總物質(zhì)的量不變,此時(shí)容器內(nèi)壓強(qiáng)不再變化,則為平衡狀態(tài),故b正確;c.混合氣體的質(zhì)量和氣體總體積始終不變,則密度始終不變,無法判斷是否為平衡狀態(tài),故c錯(cuò)誤;d.混合氣體的總質(zhì)量始終不變,但氣體總物質(zhì)的量是不定值,則當(dāng)混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化時(shí),此時(shí)反應(yīng)為平衡狀態(tài),故d正確;e.CH4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再變化,說明反應(yīng)處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài),為平衡狀態(tài),故e正確;答案為bde;
⑤已知:Ⅰ.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g),令平衡常數(shù)為K1,
Ⅱ.C(s)+2H2O(g)=CO2(g)+2H2(g),令平衡常數(shù)為K2,
則Ⅱ-Ⅰ可得:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),故該反應(yīng)平衡常數(shù)K=,故lgK=lgK2-lgK1=-0.03-(-0.39)=0.36;
(3)①由表格數(shù)據(jù)可知當(dāng)壓強(qiáng)從2×105Pa增大為5×105Pa時(shí),壓強(qiáng)增大2.5倍,體積變?yōu)?/span>倍,濃度由0.08增大為0.20molL-1,也增大2.5倍,所以增大壓強(qiáng)平衡不移動(dòng);
②由表格數(shù)據(jù)可知當(dāng)壓強(qiáng)從5×105Pa增大為1×106Pa時(shí),壓強(qiáng)增大2倍,體積變?yōu)?/span>倍,濃度應(yīng)該由0.20增大為0.40molL-1,但是實(shí)際上A的濃度為0.44,說明平衡逆移,則反應(yīng)前氣體的物質(zhì)的量小于反應(yīng)后氣體的物質(zhì)的量,則反應(yīng)物B不在是氣態(tài),所以此反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=。
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