合成氨工业的原料气H2，可用天然气制取，其生产流程如图：

合成氨工业的原料气H₂，可用天然气制取，其生产流程如图：

（1）写出反应I的反应方程式：

CH₄+H₂O

高温

CO+3H₂，

CH₄+H₂O

高温

CO+3H₂，

该反应的平衡常数表达式为：

c(CO)•c3(H2)

c(CH4)•c(H2O)

c(CO)•c3(H2)

c(CH4)•c(H2O)

；
（2）转化炉中反应为：CO（g）+H₂O（g）⇌CO₂（g）+H₂（g），其平衡常数与温度关系如表：

温度	400℃	500℃	800℃	1000℃
平衡常数	10	9	1	0.5

该反应为：______反应（填“吸热”或“放热”）．
（3）合成氨反应原理为：N₂（g）+3H₂（g）⇌2NH₃（g）△H=-92.4KJ/mol
回答下列问题：
①工业合成氨原料氮气制备方法是______；
②在一定温度下，将1molN₂和3molH₂充入一容积不变的密闭容时器中进行合成反应，达到平衡时，容器的压强为起始的[4/5]，平衡状态记为S₀，则平衡时容器内NH₃的体积分数为______；若保持温度不变，开始时向容器加入a mol N₂，b mol H₂，c mol NH₃，要使反应始终向逆反应方向进行，且达到平衡后向各物质的理与原平衡S₀完全相同，则起始时c的取值范围应是______．

d64530f1bb0c2408 1年前已收到1个回答举报

ChaeYeon 幼苗

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解题思路：（1）高温条件下，甲烷与水蒸气反应生成CO和氢气；根据方程式和平衡常数的概念书写；
（2）随着温度升高K减小，根据K的变化与平衡移动分析；
（3）①氮气来源于空气，根据空气中各气体沸点的不同来分离得到氮气；
②依据化学平衡的三段式列式计算出生成的氨气的物质的量，再求出体积分数；从等效平衡的角度分析，要使平衡状态与原平衡状态等效，平衡时与原平衡的物质的量相同，并以此判断平衡向逆反应方向进行c的取值范围．

（1）高温条件下，甲烷与水蒸气反应生成CO和氢气，其反应的方程式为：CH₄+H₂O

高温
.
CO+3H₂；已知反应的方程式CH₄+H₂O（g）

高温
.
CO+3H₂CH₄+H₂O则平衡常数K=
c(CO)•c3(H2)
c(CH4)•c(H2O)；
故答案为：CH₄+H₂O

高温
.
CO+3H₂；K=
c(CO)•c3(H2)
c(CH4)•c(H2O)；
（2）随着温度升高K减小，说明平衡逆向移动，则逆方向为吸热反应，则正方向为放热反应；
故答案为：放热；
（3）①氮气来源于空气，根据空气中各气体沸点的不同来分离得到氮气，所以采用分离液态空气的方法获得氮气；故答案为：分离液态空气；
②依据化学平衡的三段式列式计算，设转化的氮气为xmol，
N₂+3H₂=2NH₃
起始量（mol） 1 3 0
变化量（mol） x 3x 2x
平衡量（mol）1-x 3-3x 2x
达到平衡时，容器的压强为起始的[4/5]，则平衡时总物质的量为起始的[4/5]，所以[1−x+3−3x+2x/1+3]=[4/5]，解得x=0.4；
则平衡时容器内NH₃的体积分数为
0.4×2mol
(4−0.4×2)mol×100%=25%；
若需让反应逆向进行，由上述所求出的平衡时NH₃的物质的量为0.8mol可知，NH₃的物质的量必须大于0.8mol，最大值则为1molN₂和3molH₂完全反应时产生的NH₃的物质的量，即为2mol，则0.8＜c≤2．
故答案为：0.8＜c≤2．

点评：
本题考点：化学平衡的调控作用；合成氨条件的选择；化学平衡的计算．

考点点评：本题考查了合成氨、化学平衡常数的应用、化学平衡移动的计算和判断，本题难度中等，注意等效平衡的理解和三段式在化学平衡计算中的应用．

1年前

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