Question

(14分)合成氨對化學工業和國防工業具有重要意義。
(1)向合成塔中按物質的量之比l：4充入N₂、H₂進行氨的合成，圖A為T℃時平衡混合物中氨氣的體積分數與壓強(p)的關系圖。
①圖A中氨氣的體積分數為15％時，H₂的轉化率為           。
②圖B中T=450℃，則溫度為500℃時對應的曲線是           (填“a”或“b”)。
(2)合成氨所需的氫氣可由甲烷與水反應制得，反應的熱化學方程式為
CH₄(g)+H₂O(g) CO(g)+3H₂(g) △H>0，一定溫度下，在體積為2 L的恒容容器中發生上述反應，各物質的物質的量變化如下表：

①分析表中數據，判斷5 min時反應是否處于平衡狀態?                    (填“是”或“否”)，前5 min反應的平均反應速率v(CH₄)=               。
②該溫度下，上述反應的平衡常數K=            。
③反應在7~10 min內，CO的物質的量減少的原因可能是           (填字母)。
a．減少CH₄的物質的量        b．降低溫度          c．升高溫度            d．充入H₂
④若第7分鐘時將容器壓縮至1L，請在下列坐標系中畫出從第7分鐘到第11分鐘建立新平衡時甲烷濃度隨時間的變化曲線。
a

Answer 1

(1) ①24.46% ②a　(2) ①是；0.02mol·L^-1·min^-1；②0.0675；③d
④

解析試題分析：（1）N₂(g)  +3H₂(g)2NH₃(g)   
起始  a      4a
反應  x      3x       2x
平衡  a－x    4a－3x    2x
氨氣的體積分數為，解得 ；氫氣轉化率為=24.46%；
溫度升高，平衡逆向移動，體積分數減小，故曲線為a。
（2）①5min時x₁=x₂=0.20mol，7min時CH₄的量沒有改變，說明5min時已達到平衡狀態；v(CH₄)=0.2mol÷2L÷5min=0.02mol/(L·min)
②K==0.0675；
③7~10 min，氫氣濃度增大，其他濃度均減小，平衡逆向移動，故為充入氫氣；
④壓縮容器體積，等效于增大壓強，平衡向左移動，甲烷濃度增大，但CO和H₂不可能完全轉化成甲烷和水，0.2molCO和水最多生成甲烷0.2mol，所以平衡時甲烷濃度小于0.4mol/L。
考點：化學反應速率   化學平衡。
點評：本題最后一問若利用平衡常數計算相當繁瑣，可利用極端假設法思考出最終甲烷濃度最大值然后作出示意圖。