Question

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1：4的物質的量之比充入N₂、H₂進行氨的合成，圖A為T⁰C時平衡混合物中氨氣的體積分數與壓強（P）的關系圖．

①寫出工業上合成氨的化學方程式

N₂+3H₂

催化劑 .

高溫高壓

2NH₃

．
②圖A中氨氣的體積分數為15.00%時，H₂的轉化率=

24.45%

．
③圖B中T=500°C，溫度為450⁰C對應的曲線是

b

（選填字母“a“或“b”），選擇的理由是

合成氨的正反應是放熱反應，根據勒夏特列原理，其他條件不變，降低溫度，化學平衡向放熱反應方向移動

④由圖象知，增大壓強可提高原料的利用率，從生產實際考慮增大壓強需解決的問題是

研制耐壓設備（或增大壓強的動力、材料的強度等其他合理答案）

（寫出一條即可）．
（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）+H₂OCO（g）+3H₂（g）；△H=+QkJ/mol（Q＞0）
（3）一定溫度下，在2L容器中發生上述反應，各物質的物質的量變化如下表

時間/min	CH4（mol）	H20（ mol）	CO （mol）	H2 （mol）
0	0.40	1.00	0	0
5	X1	X2	X3	0.60
7	Y1	Y2	0.20	Y3
10	0.21	0.81	0.19	0.62

①分析表中數據，判斷5?7min之間反應是否處于平衡狀態

是

（填“是”或“否”），
前5min平均反應速率v（CH₄）=

0.02mol?min^-1

．
②反應在7～10min之間，CO的物質的量減少的原因可能是

d

（填字母）．
a?減少CH₄      b?降低溫度c?增大壓強d?充入H₂
③若保持溫度不變，向1L容器中起始充入0.15mol CH₄.0.45mol H₂O．

0.05

mol CO、

0.15

mol H₂，達到平衡時CH₄的體積百分含量與第一次投料相同．

Answer 1

分析：（1）①工業上利用氮氣和氫氣來合成氨；
②根據三行計算來確定物質的轉化率；
③降低溫度，化學平衡向放熱反應方向移動；
④從生產實際考慮增大壓強對設備的損耗情況；
（2）①化學平衡狀態時各組分的濃度不再隨時間的改變而改變，根據v=

△c

△t

來計算反應的速率；
②根據影響化學平衡移動的因素來分析；
③根據等效平衡知識來回答．

解答：解：（1）①工業上利用氮氣和氫氣來合成氨，原理方程式為：N₂+3H₂

催化劑 .

高溫高壓

2NH₃，故答案為：N₂+3H₂

催化劑 .

高溫高壓

2NH₃；
②設N₂的轉化率為x，則N₂+3H₂

催化劑 .

高溫高壓

2NH₃
初始物質的量：1    4            0
變化的物質的量：x     3x          2x 
平衡時的物質的量：1-x   4-3x         2x
氨氣的體積分數為15.00%時，則

2x

2x+1-x+4-3x

=15%
解得x=0.33（mol），所以氫氣的轉化率=

0.33×3

4

×100%≈24.45%，故答案為：24.45%；
③對于反應N₂+3H₂

催化劑 .

高溫高壓

2NH₃，當溫度降低時，化學平衡向放熱反應方向移動，所以氨氣的體積分數增大，對應的曲線是b，
故答案為：b；合成氨的正反應是放熱反應，根據勒夏特列原理，其他條件不變，降低溫度，化學平衡向放熱反應方向移動；
④增大壓強可提高原料的利用率，但是設備的耐壓程度是有限的，從生產實際考慮增大壓強可以研制耐壓設備或增大壓強的動力、材料的強度等，
故答案為：研制耐壓設備（或增大壓強的動力、材料的強度等其他合理答案）；
（2）①根據一氧化碳和氫氣的物質的量的變化情況可以判斷，5?7min之間反應是處于平衡狀態，前5min平均反應速率v（CH₄）=

△c

△t

=

0.4mol-0.2mol 2L

5min

=0.02mol?min^-1，
故答案為：是；0.02mol?min^-1；
②反應在7～10min之間，CO的物質的量減少，加入氫氣能讓平衡逆向移動，減少一氧化碳的濃度，故答案為：d；
③若保持溫度不變，向1L容器中起始充入0.15molCH₄、0.45molH₂O，再充入0.05molCO、0.15molH₂相當于是0.05mol的甲烷和0.05mol的水，即充入甲烷是0.2mol，水是0.5mol，和初始投料0.4mol的甲烷和1.0mol的水是等效的，達到平衡時CH₄的體積百分含量相同，故答案為：0.05；0.15．

點評：本題是一道化學平衡知識的綜合題，考查學生分析和解決問題的能力，題目難度大．