PAGEPAGE1第4節化學反應條件的優化——工業合成氨[核心素養發展目標]1.變更觀念與平衡思想：知道如何應用化學反應速率和化學平衡分析合成氨的相宜條件，體會應用化學原理分析化工生產條件的思路和方法。2.科學看法與社會責任：相識化學反應速率和化學平衡的調控在工業生產中的重要應用，探究最相宜的化工生產條件。一、合成氨反應的限度、速率1．合成氨反應的特點合成氨反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298K時：ΔH＝－92.2kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1。(1)可逆性：反應為可逆反應。(2)體積變更：正反應是氣體體積縮小的反應。(3)焓變：ΔH<0，熵變ΔS<0。(4)自發性：常溫(298K)下，ΔH－TΔS<0，能自發進行。2．提高合成氨反應速率和平衡轉化率的條件比較條件提高反應速率提高平衡轉化率綜合結果壓強高壓高壓高壓溫度高溫低溫兼顧速率和平衡，且考慮催化劑活性催化劑運用無影響運用濃度增大反應物濃度增大反應物濃度，降低生成物濃度增大反應物濃度，且不斷削減生成物濃度特殊提示投料比：溫度、壓強確定時，N2與H2的體積比為1∶3時，平衡混合物中氨的含量最高；依據在特定條件下，v＝kc(N2)c1.5(H2)·c－1(NH3)，考慮到催化劑的實際效果，適當提高N2的比例，當N2與H2的物質的量之比為1∶2.8時更能加快合成氨反應的進行。例1可逆反應3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)ΔH<0，達到平衡后，為了使H2的轉化率增大，下列選項中采納的三種方法都正確的是()A．上升溫度，減小壓強，增加氮氣B．降低溫度，增大壓強，加入催化劑C．上升溫度，增大壓強，增加氮氣D．降低溫度，增大壓強，分別出部分氨答案D解析要使氫氣的轉化率增大，需使平衡向正反應方向移動，依據合成氨反應的特點，由于正反應為放熱反應，需降低溫度；正反應為氣體總體積減小的反應，需增大壓強；另外還可通過剛好分別出部分氨氣，減小生成物濃度的方法，促使平衡右移，故D項正確。考點合成氨反應限度、速率分析題點增大合成氨反應限度的措施例2對于合成氨的反應來說，運用催化劑和施加高壓，下列敘述中正確的是()A．都能提高反應速率，都對化學平衡狀態無影響B．都對化學平衡狀態有影響，都不影響達到平衡狀態所用的時間C．都能縮短達到平衡狀態所用的時間，只有壓強對化學平衡狀態有影響D．催化劑能縮短反應達到平衡狀態所用的時間，而壓強無此作用答案C解析對于化學反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，催化劑只能降低反應的活化能，提高反應速率，縮短達到平衡狀態所用的時間，不能使化學平衡發生移動。高壓能提高反應速率，縮短達到平衡狀態所用的時間，也能使化學平衡向生成NH3的方向移動。考點合成氨反應限度、速率分析題點增大合成氨反應限度和速率的措施二、工業合成氨的相宜條件1．合成氨反應相宜條件分析工業生產中，必需從反應限度和反應速率兩個角度選擇合成氨的相宜條件，既要考慮盡量增大反應物的轉化率，充分利用原料，又要選擇較快的反應速率，提高單位時間內的產量，同時還要考慮設備的要求和技術條件。2．工業合成氨的相宜條件外部條件工業合成氨的相宜條件壓強依據反應器可運用的鋼材質量及綜合指標來選擇壓強(1×107～1×108Pa)溫度相宜溫度，700_K左右催化劑運用鐵觸媒做催化劑濃度N2和H2的物質的量之比為1∶2.8的投料比，氨剛好從混合氣中分別出去3.問題探討(1)壓強：目前我國合成氨廠一般采納的壓強在1×107～1×108Pa，不采納更高壓強的理由是：壓強越大，對設備的要求越高、壓縮H2和N2所須要的動力越大，因此選擇壓強時應符合實際科學技術。(2)溫度：上升溫度能提高化學反應速率，但工業合成氨溫度不能太高的理由是①合成氨反應為放熱反應，上升溫度，轉化率降低。②700_K催化劑活性最大，上升溫度，催化劑活性減弱。例3下列有關合成氨工業的敘述，可用勒·夏特列原理來說明的是()A．運用鐵觸媒，使N2和H2混合氣體有利于合成氨B．高壓比常壓條件更有利于合成氨的反應C．500℃左右比室溫更有利于合成氨的反應D．合成氨時采納循環操作，可提高原料的利用率答案B解析催化劑不影響平衡移動；合成氨采納500℃是綜合考慮反應速率、轉化率及催化劑的活性溫度；采納循環操作與平衡移動無關。考點工業合成氨相宜條件的選擇題點工業合成氨相宜條件的理論說明合成氨反應中，反應物的轉化率并不高，假如讓N2和H2的混合氣體只一次通過合成塔起反應是很不經濟的，應將分別NH3后的未轉化的合成氣進行循環運用，并剛好補充N2和H2，使反應物保持確定的濃度，有利于合成氨反應的進行。例4已知2SO2(g)＋O2(g)eq\o(,\s\up7(V2O5),\s\do5(△))2SO3(g)ΔH<0的試驗數據如下表：溫度不同壓強下SO2的轉化率(%)1×105Pa5×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450℃97.598.999.299.699.7550℃85.692.994.997.798.3(1)應選擇的溫度是________，理由是__________________________________________________________________________________________________________________。(2)應采納的壓強是________，理由是_________________________________________________________________________________________________________________。(3)在合成SO3的過程中，不須要分別出SO3的緣由是____________________________。(4)生產中通入過量空氣的目的是____________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)450℃該反應是放熱反應，上升溫度，轉化率降低；在450℃反應物轉化率較高(2)1×105Pa常壓下SO2的轉化率已經很高，若采納較大的壓強，SO2的轉化率提高很少，但須要動力更大，對設備的要求更高(3)SO2的轉化率比較高，達到平衡后的混合氣體中SO2的余量很少，故不須要分別SO3(4)增大O2濃度、提高SO2的轉化率考點工業合成氨相宜條件的選擇題點工業合成氨相宜條件選擇的遷移應用例5(2024·蘇州高二檢測)Ⅰ.CO可用于合成甲醇，化學方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系如圖所示。該反應ΔH________(填“>”或“<”)0。實際生產條件限制在250℃、1.3×104kPa左右，選擇此壓強的理由是__________________________________________________________。Ⅱ.在其他條件相同時，反應H3BO3＋3CH3OHB(OCH3)3＋3H2O中，H3BO3的轉化率(α)在不同溫度下隨反應時間(t)的變更如圖，由此圖可得出：(1)溫度對該反應的反應速率和平衡移動的影響是__________________________________________________________________________________________________________。(2)該反應ΔH________(填“＜”或“＞”)0。答案Ⅰ.<在250℃、1.3×104kPa下，CO的轉化率已較高，再增大壓強CO的轉化率提高不大，而生產成本增加，經濟效益低Ⅱ.(1)溫度越高，化學反應速率越快，溫度上升，平衡正向移動(2)＞解析Ⅰ.從圖像來看，隨著溫度的上升，CO的轉化率變小，故ΔH<0，綜合溫度、壓強對CO轉化率的影響來看，在壓強1.3×104kPa下，CO的轉化率已經很大，再增大壓強，CO的轉化率提高不大，但對設備和材料的要求越高，須要的動力更大，會增加投資和能量消耗，不經濟。Ⅱ.由圖可知，隨溫度上升，曲線斜率增大，說明化學反應速率增大，同時H3BO3平衡轉化率增大，說明上升溫度，平衡正向移動，故反應的ΔH＞0。考點工業合成氨相宜條件的選擇題點工業合成氨相宜條件選擇的遷移應用

1．在合成氨時，要使氨的產率增大，又要使化學反應速率增大，可以實行的措施有()①增大體積使壓強減小②減小體積使壓強增大③上升溫度④降低溫度⑤恒溫恒容，再充入N2和H2⑥恒溫恒壓，再充入N2和H2⑦剛好分別產生的NH3⑧運用催化劑A．②④⑤⑦ B．②③④⑤⑦⑧C．②⑤ D．②③⑤⑧答案C解析依據題目要求，既要滿意增大速率，又要滿意使化學平衡向右移動。從反應速率角度分析，①④⑦三種條件下化學反應速率降低；⑥條件下化學反應速率不變。從平衡移動角度分析：②⑤條件下化學平衡向右移動；⑧條件下化學平衡不移動。考點合成氨反應的限度、速率分析題點增大合成氨反應限度和速率的措施2．下列事實能用勒·夏特列原理說明的是()A．運用鐵觸媒，使N2和H2混合氣體有利于合成氨B．由H2(g)、I2(g)和HI(g)組成的平衡體系加壓后顏色變深C．700K時比室溫更有利于合成氨的反應D．將混合氣體中的氨液化有利于合成氨反應答案D解析A、B兩項，變更條件平衡均不移動，不能用勒·夏特列原理說明；C項，依據勒·夏特列原理，溫度越低，NH3的轉化率越高，實行700K，主要考慮催化劑的活性和反應速率問題；D項，將混合氣體中的氨液化，相當于減小了生成物的濃度，平衡正向移動，有利于合成氨反應。考點工業合成氨相宜條件的選擇題點工業合成氨相宜條件的理論說明3．對于合成氨反應，達到平衡后，以下分析正確的是()A．上升溫度，對正反應的反應速率影響更大B．增大壓強，對正反應的反應速率影響更大C．減小反應物濃度，對逆反應的反應速率影響更大D．加入催化劑，對逆反應的反應速率影響更大答案B解析A項，合成氨反應的正反應是放熱反應，上升溫度，正、逆反應的反應速率都增大，但是溫度對吸熱反應的速率影響更大，所以對該反應來說，對逆反應速率影響更大，錯誤；B項，合成氨的正反應是氣體體積減小的反應，增大壓強，對正反應的反應速率影響更大，正確；C項，減小反應物濃度，使正反應的速率瞬間減小，由于生成物的濃度沒有變更，所以逆反應速率瞬間不變，然后漸漸減小，故減小反應物濃度，對正反應的反應速率影響更大，錯誤；D項，加入催化劑，對正、逆反應的反應速率的影響相同，錯誤。考點合成氨反應的限度速率分析題點外界因素對合成氨正、逆反應速率的影響4．(2024·蘇州高二檢測)對于合成氨反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，下列探討結果和示意圖相符的是()選項ABCD探討結果壓強對反應的影響溫度對反應的影響平衡體系增加N2對反應的影響催化劑對反應的影響圖示答案C解析A項，由于p1條件先達到平衡，故p1>p2，由p1→p2，減小壓強，化學平衡左移，NH3的體積分數應降低，錯誤；B項，由于此反應ΔH<0，故升溫平衡左移，N2的轉化率降低，錯誤；C項，增大N2的量，會使正反應速率增大，使化學平衡右移，正確；D項，運用催化劑，能加快反應速率，縮短到達平衡的時間，錯誤。考點合成氨反應的限度速率分析題點合成氨反應的圖像分析5．合成氨工業的原料氣中含有少量CO，CO會使催化劑失去催化實力(催化劑中毒)，因此，在進入合成塔前必需將其除去。一般用醋酸二氨合銅溶液來汲取原料氣中的CO，其反應為Cu(NH3)2Ac(aq)＋CO(g)＋NH3(g)[Cu(NH3)3CO]Ac(aq)(正反應為放熱反應)。(1)醋酸二氨合銅汲取CO的生產相宜條件是______________________。(2)汲取CO后的醋酸銅氨溶液經過處理后可再生，復原其汲取CO的實力以供循環運用，醋酸銅氨液再生的生產相宜條件是____________。答案(1)低溫、高壓(2)高溫、低壓解析(1)醋酸二氨合銅汲取CO的反應為氣體體積減小的放熱反應，降低溫度或增大壓強平衡向汲取CO的方向移動，故應采納低溫、高壓作為生產條件。(2)放出CO的反應正好和汲取CO的反應相反，應采納高溫、低壓作為生產條件。考點工業合成氨相宜條件的選擇題點工業合成氨相宜條件選擇的遷移應用6．(2024·深圳中學高二月考)合成氨生產技術的創立開拓了人工固氮的途徑，對化學工業技術也產生了重大影響。合成氨工業中原料氣N2可以從空氣中分別得到，H2可用甲烷或焦炭與水蒸氣反應制得。(1)在確定容積的密閉容器中充入N2和H2兩種氣體，發生上述反應。在某溫度下達到平衡時，各物質的濃度分別是：c(H2)＝9.00mol·L－1，c(N2)＝3.00mol·L－1，c(NH3)＝4.00mol·L－1，此溫度下該反應的平衡常數K＝________。(2)在三個相同容器中各充入1molN2和3molH2，在不同條件下反應達到平衡，氨的體積分數隨時間變更的曲線如圖所示。下列說法中正確的是________(填字母)。A．圖Ⅰ可能是不同壓強對反應的影響，且p2＞p1B．圖Ⅱ可能是不同壓強對反應的影響，且p1＞p2C．圖Ⅲ可能是不同溫度對反應的影響，且T1＞T2D．圖Ⅱ可能是同溫同壓下不同催化劑對反應的影響，且催化劑性能1＞2(3)將水蒸氣通過紅熱的C即產生水煤氣，化學方程式為C(s)＋H2O(g)=H2(g)＋CO(g)ΔH＝131.3kJ·mol－1，ΔS＝133.7J·mol－1·K－1。該反應在常溫(298K)下________(填“能”或“不能”)自發進行。答案(1)7.32×10－3mol·L－1(2)D(3)不能解析(1)K＝eq\f(4.002,9.003×3.00)mol·L－1≈7.32×10－3mol·L－1。(2)壓強越大，φ(NH3)越大，A錯誤；變更壓強，φ(NH3)變更，B錯誤；溫度越高，φ(NH3)越小，C錯誤；催化劑能增大反應速率，縮短達到平衡的時間，但平衡不移動，D正確。(3)T＝298K時，ΔH－TΔS＝131.3kJ·mol－1－298K×0.1337kJ·mol－1·K－1≈91.46kJ·mol－1＞0，所以常溫下反應不能自發進行。考點合成氨反應的限度、速率分析題點合成氨反應的限度、速率的綜合題組一合成氨反應相宜條件的選擇1．1913年德國化學家哈伯獨創了以低成本制造大量氨的方法，從而大大滿意了當時日益增長的人口對糧食的需求。下列所示是哈伯法的流程圖，其中為提高原料轉化率而實行的措施是()A．①②③B．②④⑤C．①③⑤D．②③④答案B解析②④⑤操作均有利于合成氨的化學平衡向右移動，提高轉化率。考點合成氨反應的限度、速率分析題點增大合成氨反應限度的措施2．在合成氨工業中，為增加NH3的日產量，實施下列目的的變更過程中與平衡移動無關的是()A．不斷將氨分別出來B．運用催化劑C．采納700K左右的高溫而不是900K的高溫D．采納2×107～5×107Pa的壓強答案B解析把氨分別出來是減小生成物濃度，有利于平衡右移；合成氨反應是放熱反應，相對較低溫度(700K)利于反應向右進行，同時該反應是氣體物質的量減小的反應，盡可能實行高壓利于正反應的進行，A、C、D都符合平衡移動原理，而運用催化劑僅是為增大反應速率，與平衡無關。考點合成氨反應的限度、速率分析題點增大合成氨反應限度的措施3．下列有關合成氨工業的說法中，正確的是()A．從合成塔出來的混合氣體中，其中NH3只占15%，所以合成氨廠的產率都很低B．由于氨易液化，N2、H2在實際生產中可循環運用，所以總體來說合成氨的產率很高C．合成氨工業的反應溫度限制在700K左右，目的是使化學平衡向正反應方向移動D．合成氨廠采納的壓強越大，產率越高，無需考慮設備、條件答案B解析合成氨的反應在相宜的生產條件下達到平衡時，原料的轉化率并不高，但生成的NH3分別出后，再將未反應的N2、H2循環利用，這樣處理后，可使氨的產率較高，A項錯誤、B項正確；合成氨工業選擇700K左右的溫度，主要從反應速率和催化劑活性兩方面考慮，合成氨的反應是放熱反應，低溫才有利于平衡向正反應方向移動，C項錯誤；不論從反應速率還是化學平衡考慮，高壓更有利于合成氨，但壓強太大，對設備、動力的要求更高，因此選擇20～50MPa，D項錯誤。考點工業合成氨相宜條件的選擇題點工業合成氨相宜條件的理論說明4．下列有關合成氨工業的說法中正確的是()A．鐵做催化劑可加快反應速率，且有利于化學平衡向合成氨的方向移動B．上升溫度可以加快反應速率，且有利于化學平衡向合成氨的方向移動C．增大壓強能縮短到達平衡狀態所用的時間D．合成氨采納的壓強是2×107～5×107Pa，因為該壓強下鐵觸媒的活性最高答案C解析催化劑可以變更反應速率，但不能使平衡移動，只能縮短反應達到平衡所需的時間，A項錯誤；上升溫度可以加快反應速率，但合成氨反應是放熱反應，因此上升溫度不利于化學平衡向合成氨的方向移動，B項錯誤；增大壓強加快反應速率，C項正確；催化劑的活性取決于溫度的凹凸，而非取決于壓強的大小，D項錯誤。考點工業合成氨相宜條件的選擇題點工業合成氨相宜條件選擇的理論說明題組二化工生產相宜條件的選擇5．合成氨廠所需H2可由焦炭與水反應制得，其中有一步反應為CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH<0。欲提高CO的利用率，可采納的方法是()①降低溫度②增大壓強③運用催化劑④增大CO的濃度⑤增大水蒸氣的濃度A．①②③B．④⑤C．①⑤D．⑤答案C解析增大壓強，平衡不移動；增大CO濃度，平衡向右移動，但CO轉化率降低；運用催化劑，平衡不移動，CO轉化率不變；降低溫度或增大水蒸氣濃度，平衡均向右移動，CO轉化率增大。考點工業合成氨相宜條件的選擇題點工業合成氨相宜條件選擇的遷移應用6．據報道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇已成為現實：2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)下列敘述錯誤的是()A．運用Cu-Zn-Fe催化劑可大大提高生產效率B．反應需在300℃下進行可推想該反應是吸熱反應C．充入大量CO2氣體可提高H2的轉化率D．從平衡混合氣體中分別出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率答案B解析B項，加熱可以加快化學反應速率，放熱反應也可能在加熱條件下進行，故不正確。考點工業合成氨相宜條件的選擇題點工業合成氨相宜條件選擇的遷移應用題組三合成氨反應的圖像題7．某密閉容器中發生如下反應：N2(g)＋3H2(g)eq\o(,\s\up7(高溫、高壓),\s\do5(催化劑))2NH3(g)ΔH<0。下圖表示該反應的速率(v)隨時間(t)變更的關系，t2、t3、t5時刻外界條件有所變更，但都沒有變更各物質的初始加入量。下列說法中正確的是()A．t2時加入催化劑B．t3時降低了溫度C．t5時增大了壓強D．t4～t5時間內轉化率確定最低答案A解析合成氨反應前后氣體物質的量減小，t2后反應速率增大，但平衡沒有移動，說明t2時刻變更的條件是加入了催化劑，化學平衡不移動；t3時刻應是減小壓強，化學平衡向左移動；t5時刻應是上升溫度，化學平衡向左移動；所以t6以后轉化率最低。考點合成氨反應的限度、速率分析題點合成氨反應的圖像分析8．合成氨工業對國民經濟和社會發展具有重要的意義。對于密閉容器中的反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0,673K、30MPa下，n(NH3)和n(H2)隨時間的變更關系如圖所示。下列說法正確的是()A．c點處反應達到平衡B．d點(t1時刻)和e點(t2時刻)處n(N2)不同C．其他條件不變，773K下反應至t1時刻，n(H2)比圖中的d點的值要大D．a點的正反應速率比b點的小答案C解析A項，c點是氫氣和氨氣物質的量相等的點，該點以后，氫氣的量還在削減，氨氣的量還在增加，故c點沒有達到平衡，A項錯誤；B項，t1和t2兩個時刻反應均處于平衡狀態，體系中各物質的物質的量不再變更，故d、e兩點氮氣的物質的量相等，B項錯誤；C項，773K>673K，工業合成氨為放熱反應，上升溫度，平衡逆向移動，氫氣的物質的量增大，C項正確；D項，反應達到平衡前，a點反應物濃度大于b點，因此a點的正反應速率比b點的大，D項錯誤。考點合成氨反應的限度、速率分析題點合成氨反應的圖像分析9．在N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0的平衡體系中，當分別出NH3時，下列說法正確的是()A．變更條件后速率—時間圖像如右圖B．此過程中Q>KC．平衡體系中NH3的含量增大D．N2的轉化率增大答案D解析分別出NH3，Q<K，v正>v逆，使平衡向正反應方向移動，N2的轉化率增大，由于分別出NH3，使體系中NH3的含量減小。考點合成氨反應的限度、速率分析題點合成氨反應的圖像分析10．某溫度下，對于反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1。N2的平衡轉化率(α)與體系總壓強(p)的關系如圖所示。下列說法正確的是()A．將1mol氮氣、3mol氫氣，置于1L密閉容器中發生反應，放出的熱量為92.4kJB．平衡狀態由A變為B時，平衡常數K(A)<K(B)C．上述反應在達到平衡后，增大壓強，H2的轉化率增大D．上升溫度，平衡常數K增大答案C解析該反應為可逆反應，加入的1molN2和3molH2不行能完全反應生成NH3，所以反應放出的熱量小于92.4kJ，A項錯誤；從狀態A到狀態B，變更的是壓強，溫度未發生變更，所以平衡常數不變，B項錯誤；該反應是反應前后氣體分子數減小的反應，增大壓強平衡向正反應方向移動，H2的轉化率增大，C項正確；上升溫度，平衡逆向移動，K減小，D項錯誤。考點合成氨反應的限度、速率分析題點合成氨反應的圖像分析題組四合成氨轉化率與反應速率的比較11．(2024·濟南質檢)確定溫度下，在恒壓容器a和恒容容器b中，分別充入體積比為1∶3的N2和H2。起先時兩容器的體積相同，則達到平衡時兩容器中N2的轉化率()A．a中大 B．b中大C．a、b中一樣大 D．無法推斷答案A解析由題給信息可知，容器a中的反應與容器b中的反應相比，相當于增大壓強，則平衡正向移動，因此平衡時容器a中N2的轉化率大于容器b中N2的轉化率。考點合成氨反應的限度、速率題點合成氨反應轉化率計算12．(2024·福州檢測)相同溫度下，有體積相同的甲、乙兩個容器，甲容器中充入1gN2和1gH2，乙容器中充入2gN2和2gH2，分別進行合成氨反應。下列敘述中錯誤的是()A．化學反應速率：乙>甲B．平衡后N2的濃度：乙>甲C．H2的平衡轉化率：乙>甲D．平衡混合氣體中H2的體積分數：乙>甲答案D解析因為乙容器中的原料投入量正好是甲的2倍，故A項正確；假設起先時乙容器的體積是甲的2倍(如圖甲、虛擬乙)，再將虛擬乙容器的體積壓縮至與甲相等(如圖乙)，則在此過程中化學平衡要向正反應方向移動，即N2、H2的平衡轉化率增大，它們在平衡混合氣體中的體積分數減小，故C項正確、D項錯誤；平衡時，乙中N2、H2、NH3的濃度分別比甲中N2、H2、NH3濃度大，但乙中N2、H2的濃度要分別小于甲中N2、H2濃度的2倍，而乙中NH3的濃度要大于甲中NH3濃度的2倍，故B項正確。考點合成氨反應的限度、速率題點合成氨反應轉化率等的分析比較13．在容積相同的密閉容器中，分別充入等量的氮氣和氫氣，在不同溫度下發生反應：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，并分別在不同的時間內測定其中NH3的質量分數(y軸所表示的)，繪成圖像如圖所示，請回答下列問題：(1)A、B、C、D、E五點中，確定未達平衡的點是________________________________________。(2)此可逆反應的正反應是________熱反應。(3)AC曲線是增函數曲線，CE曲線是減函數曲線，試從化學反應速率和化學平衡的角度分析，并說明理由：_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)A點、B點(2)放(3)AC曲線是增函數曲線，溫度上升，反應速率加快，生成NH3的質量分數增大；CE曲線是減函數曲線，此反應的正反應是放熱反應，達到平衡后，溫度上升，平衡向逆反應方向移動，NH3的質量分數降低解析(1)從圖像中看出C點時，NH3的質量分數最高，說明A、B兩點均未達到平衡。(2)達到平衡(C點)后，上升溫度，NH3的質量分數降低，說明此反應的正反應放熱。考點合成氨反應的限度、速率題點合成氨反應的圖像分析14．如圖表示298.15K時，N2、H2與NH3的平均能量與合成氨反應的活化能的曲線圖，據圖回答下列問題：(1)若反應中生成2mol氨，則反應________(填“吸熱”或“放熱”)________kJ。(2)圖中曲線________(填“a”或“b”)表示加入鐵觸媒的能量變更曲線，鐵觸媒能加快反應速率的原理是______________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)合成氨反應中平衡混合物中氨氣的體積分數與壓強、溫度的關系如圖所示。若曲線a對應的溫度為500℃，則曲線b對應的溫度可能是________(填字母)。A．600℃ B．550℃C．500℃ D．450℃(4)合成氨所需的氫氣可由甲烷與水反應制備。發生反應為CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)ΔH>0。確定溫度下，在1L容器中發生上述反應，各物質的物質的量濃度變更如下表：t/minCH4/mol·L－1H2O/mol·L－1CO/mol·L－1H2/mol·L－100.20.3002n1n2n30.33n1n2n30.340.090.19x0.33①表中x＝________mol·L－1；前2min內CH4的平均反應速率為______________。②反應在3～4min之間，氫氣的物質的量增多的緣由可能是________(填字母)。A．充入水蒸氣 B．上升溫度C．運用催化劑 D．充入氫氣答案(1)放熱92(2)b變更了反應的歷程，降低了合成氨反應的活化能(3)D(4)①0.110.05mol·L－1·min－1②B解析(1)由圖中能量狀態可知N2與3H2具有的總能量高于2NH3所具有的能量，故該反應為放熱反應，并且反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，每生成2molNH3放出(600－508)kJ＝92kJ熱量。(2)合成氨反應中，加入鐵觸媒后，由于變更了反應歷程，使反應的活化能降低，從而加快了反應速率，故曲線b代表加催化劑后的能量變更曲線。(3)對于合成氨反應，當其他條件不變時，上升溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡混合物中NH3的體積分數降低。圖像中，當壓強不變時，曲線b對應的溫度下平衡混合物中NH3的體積分數大于曲線a對應的NH3的體積分數，所以曲線b對應的溫度低于曲線a對應的溫度。(4)①前2min內CH4的反應速率為v(CH4)＝eq\f(1,3)v(H2)＝eq\f(1,3)×eq\f(0.3mol·L－1,2min)＝0.05mol·L－1·min－1。由表分析2～3min時，反應達到平衡狀態，此時生成H2的濃度為0.3mol·L－1。CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)起始濃度mol·L－10.20.300轉化濃度mol·L－10.10.10.1

0.32和3min濃度(mol·L－1)

0.10.20.1

0.33～4min轉化濃度mol·L－10.010.010.01

0.034min時濃度mol·L－10.090.190.110.33所以x＝0.11mol·L－1。②3min時，若充入水蒸氣，平衡向右移動，4min時，水蒸氣濃度應大于0.2mol·L－