Question

【題目】氮氣氫氣合成氨過程中制氫氣的原理如下：

①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206.4 kJ·mol－1

②CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41.2 kJ·mol－1

（1）對于反應(yīng)①，一定可以提高平衡體系中H2的百分含量，又能加快反應(yīng)速率的措施是_______。

a．升高溫度　b．增大水蒸氣濃度　c．加入催化劑　d．降低壓強

（2）利用反應(yīng)②，將CO進一步轉(zhuǎn)化，可提高H2的產(chǎn)量。若1 mol CO和H2的混合氣體(CO的體積分數(shù)為20%)與H2O反應(yīng)，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合氣體，則CO的轉(zhuǎn)化率為________。

（3）圖(a)表示500 ℃、60.0 MPa條件下，原料氣投料比與平衡時NH3體積分數(shù)的關(guān)系。根據(jù)圖中a點數(shù)據(jù)計算N2的平衡體積分數(shù)：____________。

（4）依據(jù)溫度對合成氨反應(yīng)的影響，在圖(b)坐標系中，畫出一定條件下的密閉容器內(nèi)，從通入原料氣開始，隨溫度不斷升高，NH3物質(zhì)的量變化的曲線示意圖________。

　

Answer 1

【答案】a90％14.5%

【解析】

(1)反應(yīng)①CH4(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)△H=+206.4 kJmol-1，是氣體體積增大的吸熱反應(yīng)，一定可以提高平衡體系中H2百分含量，說明平衡正向進行，又能加快反應(yīng)速率，說明影響反應(yīng)速率的條件可以是升溫、加壓、增大濃度等，分析反應(yīng)特征可知反應(yīng)正向進行且反應(yīng)速率增大的只有升溫平衡向吸熱反應(yīng)進行，平衡正向進行反應(yīng)速率增大；a．反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)速率增大，平衡正向進行，平衡體系中H2百分含量增大，故a符合；b．增大水蒸氣濃度，平衡正向進行，反應(yīng)速率增大，但平衡體系中H2百分含量不一定增大，故b不符合；c．加入催化劑，改變反應(yīng)速率不改變化學(xué)平衡，反應(yīng)速率增大，氫氣百分含量不變，故c不符合；d．降低壓強，反應(yīng)速率減小，平衡逆向進行，氫氣百分含量減小，故d不符合；故選a；

(2)利用反應(yīng)②，將CO進一步轉(zhuǎn)化，可提高H2產(chǎn)量，若1mol CO和H2的混合氣體(CO的體積分數(shù)為20%)中 CO為0.2mol，H2的物質(zhì)的量為0.8mol，與H2O反應(yīng)，得到1.18mol CO、CO2和H2的混合氣體，依據(jù)反應(yīng)前后氣體體積不變，增加的部分應(yīng)該是起始的水蒸氣的物質(zhì)的量為0.18mol，設(shè)轉(zhuǎn)化的一氧化碳的物質(zhì)的量為x，

CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)△H=-41.2 kJmol-1

起始量(mol) 0.2 0.18+x 0 0.8

變化量(mol) x x x x

平衡量(mol)0.2-x 0.18 x x+0.8

則0.2-x+x+x+0.8=1.18，解得x=0.18，則CO轉(zhuǎn)化率為×100%=90%，故答案為：90%；

(3)依據(jù)反應(yīng)特征N2+3H22NH3 △V

1 3 2 2

平衡體積 V V

即反應(yīng)前后氣體體積減小為生成氨氣的體積，相同條件下，氣體體積比等于氣體物質(zhì)的量之比，由圖像分析可知平衡狀態(tài)氨氣體積含量42%，設(shè)平衡混合氣體體積為100，氨氣為體積42，則反應(yīng)前氣體體積100+42=142，氮氣和氫氣按照1：3混合，氮氣體積=142×=35.5，依據(jù)化學(xué)方程式計算反應(yīng)的氮氣體積為21，平衡狀態(tài)氮氣為35.5-21=14.5，則氮氣體積分數(shù)為14.5%；故答案為：14.5%；

(4)合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，開始反應(yīng)，氨氣物質(zhì)的量增大，達到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升溫，平衡逆向進行，氨氣物質(zhì)的量減小，畫出的圖像為：，故答案為：。