合成氨对化学工业和国防工业具有重要意义．（1）向合成塔中按1

问题填空题

合成氨对化学工业和国防工业具有重要意义．

（1）向合成塔中按1：4的物质的量之比充入N₂、H₂进行氨的合成，图A为T⁰C时平衡混合物中氨气的体积分数与压强（P）的关系图．

①写出工业上合成氨的化学方程式______．

②图A中氨气的体积分数为15.00%时，H₂的转化率=______．

③图B中T=500°C，温度为450⁰C对应的曲线是______（选填字母“a“或“b”），选择的理由是______

④由图象知，增大压强可提高原料的利用率，从生产实际考虑增大压强需解决的问题是______（写出一条即可）．

（2）合成氨所需的氢气可由甲烷与水反应制得，反应的热化学方程式为：

CH₄（g）+H₂O

CO（g）+3H₂（g）；△H=+QkJ/mol（Q＞0）

（3）一定温度下，在2L容器中发生上述反应，各物质的物质的量变化如下表

时间/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分析表中数据，判断5〜7min之间反应是否处于平衡状态______（填“是”或“否”），

前5min平均反应速率v（CH₄）=______．

②反应在7～10min之间，CO的物质的量减少的原因可能是______（填字母）．

a•减少CH₄ b•降低温度c•增大压强d•充入H₂

③若保持温度不变，向1L容器中起始充入0.15mol CH₄.0.45mol H₂O．______mol CO、______mol H₂，达到平衡时CH₄的体积百分含量与第一次投料相同．

答案

（1）①工业上利用氮气和氢气来合成氨，原理方程式为：N₂+3H₂

催化剂

高温高压

2NH₃，故答案为：N₂+3H₂

催化剂

高温高压

2NH₃；

②设N₂的转化率为x，则N₂+3H₂

催化剂

高温高压

2NH_{3
初始物质的量：1    4            0
变化的物质的量：x     3x          2x
平衡时的物质的量：1-x   4-3x         2x
氨气的体积分数为15.00%时，则
2x
2x+1-x+4-3x
=15%
解得x=0.33（mol），所以氢气的转化率=
0.33×3
4
×100%≈24.45%，故答案为：24.45%；
③对于反应N₂+3H₂
催化剂
.
高温高压
2NH₃，当温度降低时，化学平衡向放热反应方向移动，所以氨气的体积分数增大，对应的曲线是b，
故答案为：b；合成氨的正反应是放热反应，根据勒夏特列原理，其他条件不变，降低温度，化学平衡向放热反应方向移动；
④增大压强可提高原料的利用率，但是设备的耐压程度是有限的，从生产实际考虑增大压强可以研制耐压设备或增大压强的动力、材料的强度等，
故答案为：研制耐压设备（或增大压强的动力、材料的强度等其他合理答案）；
（2）①根据一氧化碳和氢气的物质的量的变化情况可以判断，5〜7min之间反应是处于平衡状态，前5min平均反应速率v（CH₄）=
△c
△t
=0.4mol-0.2mol
2L
5min=0.02mol•min^-1，
故答案为：是；0.02mol•min^-1；
②反应在7～10min之间，CO的物质的量减少，加入氢气能让平衡逆向移动，减少一氧化碳的浓度，故答案为：d；
③若保持温度不变，向1L容器中起始充入0.15molCH₄、0.45molH₂O，再充入0.05molCO、0.15molH₂相当于是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，达到平衡时CH₄的体积百分含量相同，故答案为：0.05；0.15．}