Question

【題目】合成氨是人類科學技術上的一項重大突破，反應原理為N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。一種工業合成氨的簡式流程圖如下：

（1）①步驟Ⅱ中制氫氣的原理如下：

a．CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)；K1

b．CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)；K2

則反應CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)；K=_______________(用含K1、K2的代數式表示)。

②T1溫度時，對于反應：CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+ H2(g)，向2 L的恒容密閉容器中通入一定量的CO和H2O(g)。若達到平衡后，反應放熱Q kJ，保持其他條件不變，只是向原平衡體系中再通入0.20 mol H2O(g)，則下列說法正確的是_____________。

A．CO的轉化率將增大 B．達到新平衡時的反應熱ΔH ＞ —Q

C．氣體的密度將不變 D．H2O的體積分數增大

（2）將3 molH2和2 molN2充入某恒溫恒壓容器中，發生合成氨的反應：3H2(g) ＋N2(g) 2NH3(g)

①達平衡時NH3的濃度為c mol·L-1。保持溫度不變，按下列配比分別充入該容器，平衡后NH3的濃度不為c mol·L-1的是_________。

A．6 molH2 + 4 molN2

B．0.75 molH2 + 0.75 molN2 + 0.5 molNH3

C．3 molH2+ 1 molN2 + 2 mol NH3

② 若是在恒溫恒容的容器中反應，達到平衡時NH3的濃度為c1 mol·L-1，則c________c1（填“<”“>”或“=”），原因是________________________________________。

Answer 1

【答案】K1·K2 AD C > 在恒容的容器中，隨著反應的進行壓強會減小，導致反應正向進行的限度減小，所以NH3的濃度會比在恒壓容器中的小

【解析】

(1) ①分析寫出平衡常數K1和K2、K的表達式，再進行相關運算即可得出答案。②對于反應CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+ H2(g)達到平衡后，再通入0.2molH2O(g)，即增加反應濃度，平衡向正反應方向移動，據此分析。

(2)①合成氨反應3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)，題設投料3mol H2和2 mol N2，以此為參照，按等效平衡的思想分析解答。②合成氨反應3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)，正反應氣體分子數目減小，在恒溫恒容條件下達到平衡時的壓強小于恒溫恒壓條件下達到平衡時的壓強，所以恒溫恒容條件相當于減壓過程，由此分析。

(1)對于反應CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)，有平衡常數K1=，對于反應CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，有平衡常數K2=，對于反應CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)，有平衡常數K=，顯然K=K1·K2。

②A.對于反應CO(g)+ H2O(g)CO2(g)+ H2(g)達到平衡后，再通入0.2molH2O(g)，平衡向正反應方向移動，CO的轉化率增大，A項正確；B.因為平衡向正反應方向移動，放出的熱量比Q多，放熱反應的ΔH為負，所以達到新平衡時的反應熱ΔH<-Q，B項錯誤；C.因為再通入0.20molH2O(g)時，容器中氣體總質量增大，而氣體處于恒容容器中，所以氣體密度（）將增大，C項錯誤；D.可逆反應不能進行到底，再通入0.20molH2O(g)時，平衡向正反應方向移動消耗H2O(g)的量小于0.20mol，所以達到新平衡時H2O(g)體積分數將增大，D項正確；答案選AD。

(2)①A.6molH2和4molN2與題設初始投入3molH2和2molN2，對應成比例，在恒溫恒壓條件下分別達到的平衡互為等效平衡，所以A選項平衡后NH3的濃度仍為cmol/L，A項錯誤；B.將0.75 mol H2、0.75 mol N2和0.5 mol NH3按計量數折算成反應物為1.5molH2和1molN2，這與題設3molH2和2molN2對應成比例，在恒溫恒壓條件下分別達到的平衡互為等效平衡，所以B選項平衡后NH3的濃度仍為cmol/L，B項錯誤；C.3 mol H2、1 mol N2和2 mol NH3折算成反應物為6molH2和2molN2，可看作先投入3molH2和2molN2達到平衡后再投入3molH2，相當于在題設的平衡狀態下再投入3molH2，顯然再投入H2時平衡向正反應方向移動，NH3的濃度將大于c mol/L，C項正確；答案選C。

②合成氨的反應3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)，正反應氣體分子數減小，如果在恒容條件下，達到平衡時的壓強比初始壓強小，而恒壓條件的平衡壓強等于初始壓強，兩種情況下初始壓強是相同的，所以恒容條件下相當于減壓過程，減壓下該反應的平衡向逆反應方向移動，所以恒容條件下NH3的濃度將減小，即c>c1。