合成氨条件的选择[上学期]
文档属性
| 名称 | 合成氨条件的选择[上学期] |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 174.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2005-09-03 23:00:00 | ||
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文档简介
学科：化学
教学内容：合成氨条件的选择
【思考导学】
1．合成氨反应有何特点？
答案：NH3的合成是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应．
2．根据外界条件对化学反应速率的影响，说明要使合成氨的化学反应速率增大，应该采取哪些方法？
答案：升高温度、增大压强以及使用催化剂等．
3．合成氨反应为：N2＋3H22NH3，但实际生产中，原料气中N2与H2的体积比通常采用大于1∶3的比例，为什么 并且还要将生成的氨从氨分离器中及时分离出来，为什么
答案：增大N2的浓度，可以提高H2的转化率，从而降低成本．减少生成物的浓度，可以使化学平衡向生成物方向移动，提高反应物的利用率．
4．合成氨的正反应是气体体积缩小的反应，为什么工业合成氨不采用尽可能高的压强，而通常采用2×107Pa～5×107Pa的压强
答案：压强越大，需要的动力就越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高．
【自学导引】
一、合成氨的化学反应特点
1．典型的可逆反应．
2．正反应是放热反应．
3．正反应方向是气体体积缩小的反应．
二、合成氨适宜条件的选择
在实际生产中，需要综合考虑反应速率、化学平衡、原料选择、产量和设备等各方面情况，以确定最佳生产条件．
合成氨的反应原理为：N2＋3H22NH3(正反应为放热反应)，这是一个气体总体积缩小的、放热的可逆反应．
1．首先考虑的是提高氨的生成速率．根据影响反应速率的条件应采取的措施为：①增加反应物的浓度；②升高温度；③加大压强；④使用催化剂．
2．再考虑反应物的转化率．根据影响化学平衡的因素应采取的措施为：①增大反应物的浓度；②降低温度；③增大压强；④减少生成的氨的浓度．
3．综合以上两种措施，在增大反应物浓度和增大压强上是一致的，但压强太大对设备的要求较为苛刻，故要选择适当的压强．催化剂虽然对化学平衡的移动无影响，但可缩短达到化学平衡所用的时间，所以在工业生产中一般都使用催化剂．只有在温度上，既要考虑适当提高温度以有利于提高反应速率，又要考虑适当控制温度以有利于提高平衡时氨的浓度，还要兼顾考虑催化剂的活性温度范围．所以，工业合成氨采取的条件是：①增大氮气、氢气浓度，及时将生成的氨分离出来．②温度为500℃左右．③压强为2×107 Pa～5×107 Pa．④铁触媒作催化剂．
三、合成氨工业
合成氨工业的简要流程可用方框图表示为：
(1)原料气的制取
N2：将空气液化、蒸发分离出N2或者将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2．
H2：用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然气等)在高温下制取．用煤和水制H2的主要反应为：
(2)制得的N2、H2需净化、除杂质，再用压缩机压缩至高压．
(3)氨的合成：在适宜的条件下，在合成塔中进行．
(4)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将没有完全反应的N2和H2循环送入合成塔，使其充分被利用．
四、化学模拟生物固氮
将空气中游离子的N2分子转化为含氮化合物的反应叫“固氮反应”．主要的固氮反应有：
1．生物固氮：是一种主要的自然固氮反应．如植物在根瘤菌作用下直接吸收空气中的N2转化为氨等，进一步合成蛋白质．
2．自然固氮：如闪电产生的巨大电压，其电火花足可以击破氮分子的叁键，促使其与氧气反应生成NO，进而生成NO2和HNO3等．
3．化学固氮：合成氨反应，在放电条件下使氮气与氧气反应生成NO等．
4．人工模拟生物固氮：通过化学方法，制备出类似生物“固氮菌”的物质，使空气中的氮气在常温常压下与水及二氧化碳等反应，转化为硝态氮或铵态氮．进而实现人工合成大量的蛋白质等，最终实现工厂化生产蛋白质食品．
【热点透视】
有关化学平衡的基本计算及规律
1．可逆反应到达平衡过程中物质浓度的变化关系．
(1)反应物：平衡浓度＝起始浓度－转化浓度
(2)生成物：平衡浓度＝起始浓度＋转化浓度
(3)各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中物质的化学计量数之比
2．反应物的转化率．
4．反应物的转化率与浓度变化的关系
(1)对于多种物质参加的反应的情况分析，如某反应可写为A(g)＋3B(g) 2C(g)＋D(g)，增大A的浓度，B的转化率一定增大，而A的转化率一般是减小．
(2)对于分解反应来说．要视反应前后物质的计量数而定．如对2HI(g) H2(g)＋I2(g)，不论如何改变HI的浓度，HI的转化率都不变，而对2NH3N2＋3H2，增加氨气的浓度时，氨气的转化率减小．
5．化学平衡计算中对气体定律的运用
(1)当T、V恒定时，气体压强之比等于气体物质的量之比．即：，运用此公式可求在温度体积不变时，平衡前后压强的变化．
(2)当T、p恒定时，气体体积之比等于气体的物质的量之比．即：，运用此公式可求平衡前后体积变化．
(3)当T、p恒定时，气体密度之比(即相对密度)等于气体物质的相对分子质量之比．即，运用此公式可求平衡前后气体的密度或相对密度或平均相对分子质量．
【典例剖析】
［例1］有平衡体系：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)(正反应为放热反应)，为了增加甲醇的产量，提高生产效益，应采取的正确措施是( )
A．高温、高压
B．适宜的温度、高压、催化剂
C．低温、低压
D．高温、高压、催化剂
解析：首先分析反应特点，正反应为放热、缩体反应．
再分析题目要求，为了增加甲醇的产量，即生成甲醇的反应速率要大，且甲醇的平衡浓度也尽可能大．
最后，根据理论和实际相结合作出判断：
反应速率分析 化学平衡分析 综合选择
温度 高温 低温 适宜温度
压强 高压 高压 高压
催化剂 使用催化剂 无影响 使用催化剂
答案：B
［例2］下列事实不能用勒夏特列原理解释的是( )
A．给硫化氢水溶液中加碱有利于S2－的生成
B．加入催化剂有利于氨的氧化反应
C．高压有利于合成氨反应
D．500℃左右比室温更利于合成氨的反应
解析：硫化氢水溶液中有下列平衡：H2SHS－＋H＋，HS－H＋＋S2－，加碱后OH－会中和H＋，上述平衡会向正反应方向移动，使S2－增多，A不合题意；加入催化剂可加快反应速率，但不改变平衡状态，不符合勒夏特列原理，应选B．C符合勒夏特列原理，500℃时催化剂活性最大，D与勒夏特列原理无关．
答案：BD
［例3］在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成(正反应为放热反应)，试回答下列问题：
(1)在生产中常用过量空气的原因是什么
(2)实际生产的控制温度为400℃～500℃，为什么
(3)增大压强对上述反应有什么影响 但工业生产上却采用常压，为什么
解析：此题是理论联系实际的题目，重点考查学生运用知识分析问题的能力．
答案：(1)使用过量空气则O2过量，可以提高二氧化硫的利用率，从而降低成本．
(2)因生成SO3的反应是放热的，降低温度有利于提高SO3的平衡浓度；但温度太低，反应速率慢，单位时间内产量低，不经济，并且在400℃～500℃时，催化剂的活性最大，故实际生产中控制在400℃～500℃．
(3)生成SO3的反应为气体总体积缩小的反应，增大压强，有利于提高SO3的平衡浓度，但在常温时SO3的平衡浓度已经较大，而增大压强既需要动力又需要增大材料的强度，不经济，故生成SO3的反应在常压下进行．
［例4］合成氨工厂常通过测定反应前后混合气体的密度来确定氮的转化率．某工厂测得合成塔中N2、H2混合气体的密度为0.5536 g·L－1(标准状况)，从合成塔中出来的混合气体在相同条件下密度为0.693 g·L－1．求该合成氨厂N2的转化率．
解析：设N2、H2起始时总物质的量为1 mol，N2为x mol，H2为(1－x) mol，依题意有
28x＋2(1－x)＝0.5536×22.4
解得 x＝0.4 故H2为0.6 mol．
又设0.4 mol N2有y mol发生了反应，则H2有3y mol发生反应．
N2 ＋3H2 2NH3
起始 0.4 0.6 0
平衡0.4－y 0.6－3y 2y
n(总)＝0.4－y＋0.6－3y＋2y＝1－2y(mol)．
反应前后，气体总质量为一定值，则有关系式：
1×22.4×0.5536＝(1－2y)×22.4×0.693，
解得 y＝0.1．
所以，N2的转化率＝×100％＝25％．
答案：N2的转化率为25％．
【素能培养】
(一)巩固类
1．从化学反应速率和化学平衡两方面考虑，合成氨应采用的条件是( )
A．低温、高压、催化剂
B．低温、低压、催化剂
C．高温、高压、催化剂
D．适当温度、高压、催化剂
解析：合成氨的反应是放热、缩体．因此，合成氨应采用的条件是适当温度、高压、催化剂．
答案：D
2．在合成氨时，可以提高H2转化率的措施是( )
A．延长反应时间
B．充入过量H2
C．充入过量N2
D．升高温度
解析：充入过量N2，可提高H2的转化率．
答案：C
3．工业合成氨除了用高压和催化剂外，还选用适当的高温(500℃)，其理由是( )
A．提高NH3的产率
B．提高N2的转化率
C．500℃时反应速率最快
D．保证适当的反应速度和让催化剂发挥最好效用
一方面是从反应速率考虑，另一方面是考虑催化剂的活性温度．
答案：D
4．工业上用氢气和氮气合成氨，氢气的主要来源是( )
A．水和燃料
B．电解水
C．锌和稀H2SO4
D．液化空气
解析：工业上合成氨所用H2主要来源于水和燃料．
答案：A
5．有关催化剂的性质作用的说法中，正确的是( )
A．合成氨反应若不使用催化剂，该反应就不能进行
B．反应前后催化剂的质量不改变，但化学性质要改变
C．催化剂能缩短到达平衡所用的时间，但催化剂损耗量较大
D．催化剂可以同样倍数改变正、逆反应速率
解析：反应前后催化剂的质量和性质都没有改变．但是，催化剂可同样倍数改变正、逆反应速率．
答案：D
6．合成氨中使用铁触媒的作用是( )
A．降低反应温度
B．提高氨气的纯度
C．加快氢气和氮气的反应速率
D．提高平衡时氨的浓度
解析：合成氨中使用铁触媒的目的是加快反应速率．
答案：C
7．有关合成氨工业的说法，正确的是( )
A．从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15％，所以生产氨的工厂的效率都很低
B．由于氨易液化，N2、H2是循环使用，所以总体来说氨的产率很高
C．合成氨工业的反应温度控制在500℃左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动
D．合成氨厂采用的压强是2×107 Pa～5×107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最大
解析：虽然合成氨反应中N2、H2的转化率较低，但是，由于氨易液化，及时将氨液化分离，N2、H2循环使用，总体来说氨的产率还是很高的．
答案：B
8．合成氨所需的氢气可由煤与水反应制得，其中CO＋H2O(g) CO2＋H2(正反应放热)，欲提高CO转化率可采用的方法是( )
①降低温度②增大压强③使用催化剂④增大CO的浓度⑤增大水蒸气浓度
A．①②③
B．④⑤
C．①⑤
D．⑤
解析：降低温度、增大水蒸气浓度，平衡CO＋H2O(g) CO2＋H2(正反应放热)向右移动，CO的转化率增大．
答案：C
9．合成氨反应，在一定条件下于密闭容器中加入x mol N2,y mol H2，达到平衡时，生成z mol NH3，则N2的转化率为( )
A．％
B．％
C．％
D．％
解析：生成z mol NH3，需要 z mol N2，所以，N2的转化率为：×100％＝％．
答案：D
10．一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中NH3的体积占25％，若反应前后条件保持不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是( )
A．
B．
C．
D．
解析：设平衡混合气中NH3为25 mol，则总体积为100 mol，由反应方程式可求得反应前为125 mol．所以，反应后缩小的体积与原反应物体积比为＝．
答案：D
11．用N2、H2为原料合成氨，从第一次实验室研制到工业化生产经历了一百多年，由于_______________等理论的发展和_____________等工业技术的改善才得以实现工业化生产．
目前，人们正在研究使合成氨反应在较低温度下进行的___________，以及研究化学模拟_____________________等，以进一步提高合成氨的生产能力．
答案：化学反应速率、化学平衡、催化剂 高温、高压 催化剂 生物固氮
12．目前合成氨生产中，合成塔材料由___________制成，铁触媒装在合成塔的___________位置，N2、H2混合气进入铁触媒室前的温度约为______，从铁触媒室逸出的气体温度比进入铁触媒室时________(填“高”或“低”)，这是因为______________________．
答案：钢板 中间 500℃ 高 N2与H2的反应是放热反应
13．在合成氨反应中，入口气体中N2、H2、NH3体积比为6∶18∶1，出口气体中N2、H2、NH3体积比为9∶27∶8，则H2的转化率为___________．
解析：设入口气体中N2、H2、NH3的物质的量分别为6 mol、18 mol和1 mol．反应的H2为x mol，生成NH3为x mol．
则
解得x＝4.5
H2的转化率为：×100％＝25％．
答案：25％
14．已知2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)为放热反应，其实验数据如下：
(1)应选用的温度是_______________，其理由是_______________________________．
(2)应选用的压强是_______________，其理由是_______________________________．
答案：(1)450℃ 温度低，SO2的转化率高
(2)10 MPa 在10 MPa时，SO2的转化率已很高，加压转化率提高不大．选择常压可节省动力，简化设备
15．在一定条件下，将N2和H2混合气体100 mL通入密闭的容器内，达到平衡时，容器内的压强比反应前减小，又测得此时混合气体的平均相对分子质量为9，试求：
(1)原混合气中N2、H2各多少毫升
(2)H2的转化率是多少
解析：设原100 mL混合气体中含H2体积为x，则含N2为(100 mL－x)
再设反应的H2为3y，则：
据题意：，即
解得：y＝10 mL
又：＝9
即：＝9
解得：x＝80 mL．
答案：(1)V(N2)＝20 mL；V(H2)＝80 mL． (2)α(H2)＝37.5％．
(二)提升类
1．以焦炭为主要原料合成氨，为了使通入合成塔的N2与H2保持1∶3的体积比，则焦炭(不计燃烧中的损耗)与空气的物质的量之比约为( )
A．1∶3
B．3∶2
C．6∶5
D．4∶3
解析：工业合成氨的原料气(H2)一般是利用焦炭与水蒸气反应制取的．C＋H2O＝CO＋H2，CO＋H2O＝CO2＋H2，焦炭与H2的关系式为：C——2H2．由N2——3H2可得3C——2N2，因此，焦炭与空气的物质的量之比约为6∶5．
答案：C
2．水煤气的转化反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)(正反应为放热反应)，下列叙述正确的是( )
A．一定条件下，混合气体的平均相对分子质量不再改变，表明已达到平衡状态
B．一定条件下，H2O的生成速率与CO的生成速率相等，表明已达平衡状态
C．增大水蒸气的浓度可提高CO的转化率
D．增大CO的浓度可提高CO的转化率
解析：化学平衡中，增加一种反应物的浓度，可提高另一种反应物的浓度．因此，增大水蒸气的浓度可提高CO的转化率．
答案：C
3．能正确反映出N2＋3H22NH3(正反应放热)的关系的是( )
解析：由N2＋3H22NH3，合成氨反应为缩小体积，放热的可逆反应，故升高温度，平衡左移，N2的转化率降低，增大压强，平衡右移，N2的转化率升高．
答案：C
4．某温度下，下列反应：
S2Cl2(l)＋Cl2(g) 2SCl2(l)(正反应放热)
(橙黄色) (鲜红色)
在密闭容器中达到平衡(气、液共存)，下列说法错误的是( )
A．温度不变，增大容器的体积，S2Cl2的转化率降低
B．温度不变，缩小容器的体积，体积的颜色加深
C．压强不变，升高温度，液体的颜色变浅
D．体积不变，降低温度，氯气的转化率降低
解析：A．T不变，V增大，p减小，平衡左移，则S2Cl2的转化率降低．
B．T不变，V减小，p增大，平衡右移，c(SCl2)增大，颜色加深．
C．p不变，T升高，平衡左移，c(SCl2)减小，颜色变浅．
D．V不变，T降低，平衡右移，Cl2的转化率升高．
答案：D
5．一定温度下，往某密闭容器中充入氨气，使之发生如下反应：2NH3N2＋3H2，反应开始后，容器中气体平均摩尔质量()与反应时间的关系图中(如图2—21)正确的是( )
图2—21
解析：因只充入NH3，所以反应只能向NH3分解方向进行，则气体的总物质的量将增多，而气体的平均摩尔质量则减小，最终达到平衡状态．
答案：B
6．在密闭容器中进行合成氨反应，N2＋3H22NH3达平衡后，当其他条件不变时，将平衡体系中各物质的浓度都增加到原来的2倍，下列叙述不正确的是( )
A．平衡向正反应方向移动
B．达新平衡时，c(N2)较原平衡较大
C．达新平衡时正、逆反应速率均比原平衡大
D．达新平衡时，混合气体的密度变小
解析：相当于在原平衡的基础上，将容器容积缩小一倍，则压强增大，平衡向右移动，A正确，B虽然平衡向右移动，使n(N2)减小，但容器容积减小为主，故c(N2)增大．C项由于N2、H2、NH3的浓度均增大，所以反应速率均比原平衡时大．D项由于混合气体的质量没变，但容积减小，故混合气体的密度应增大．
答案：D
7．某容器中加入N2和H2，在定条件下，N2＋3H22NH3达到平衡时，N2、H2、NH3的浓度分别是3 mol/L、4 mol/L、4 mol/L．则反应开始时H2的浓度是( )
A．5 mol/L
B．10 mol/L
C．8 mol/L
D．6.7 mol/L
解析：反应的H2为：×4 mol/L＝6 mol/L，则反应开始时H2的浓度是10 mol/L．
答案：B
8．在密闭容器中，通入5 mol H2和5 mol N2，在一定条件下反应达到平衡，测得平衡体系中有2 mol NH3，则此时容器中压强是反应前的( )
A．1.2倍
B．0.8倍
C．0.6倍
D．0.4倍
解析：由N2＋3H22NH3可知，生成NH3的物质的量与反应后减少的物质的量相等．所以，平衡时，混合气体共有8 mol．根据压强之比等于物质的量之比可得，平衡时容器中压强是反应前的0.8倍．
答案：B
9．在密闭容器中，对于反应2SO2＋O22SO3，SO2和O2起始时分别为20 mol和10 mol，达到平衡时，SO2的转化率为80％．若以SO3开始进行反应，在相同的条件下，欲使平衡时各成分的质量分数与前面的平衡时相同，则起始时SO3的物质的量及SO3的转化率为( )
A．10 mol和10％
B．20 mol和20％
C．20 mol和40％
D．30 mol和80％
解析： 2SO2 ＋ O2 2SO3
n(始)(mol): 20 10 0
n(变)(mol): 16 8 16
n(平)(mol): 4 2 16
若从SO3开始，则开始时SO3为20 mol
SO3的转化率为：×100％＝20％．
答案：B
10．在一密闭容器中，充入1 mol NH3，建立如下平衡：2NH3N2＋3H2．测得NH3的转化率为a％；在其他条件不变时，再充入1 mol NH3，待建立新平衡时，又测得NH3的转化率为b％．则a和b的正确关系是( )
A．a＞b
B．a＜b
C．a＝b
D．a≥b
解析：令1 mol NH3充入1 L容器中，达到平衡时，NH3的转化率为a％；在相同条件下，再将2 mol NH3充入2 L容器中，达平衡后，NH3的转化率仍为a％．若将2 L容器压缩成1 L，平衡向逆反应方向移动，NH3的转化率降低，因此a＞b．
答案：A
11．在吸有40 mL NO的针筒A中，用另一针筒B注入20 mL O2(如图2—22所示)．
图2—22
从针筒A能观察到的现象为_________．当恢复到原来的温度和压强后，针筒A中气体体积有何变化？_________(填A、B、C、D序号)
A．大于40 Ml
B．小于40 mL
C．等于40 mL
D．无法确定
其原因是_______________________________．
答案：无色气体变为红棕色 B 由2NO＋O2＝2NO2可知，40 mL NO与20 mL NO正好完全反应生成40 mL NO2，但是，又因为2NO2N2O4，使气体体积小于40 mL
12．工业上用氨和二氧化碳反应合成尿素：2NH3＋CO2＝CO(NH2)2＋H2O．已知下列物质在一定条件下均能与水反应产生H2和CO2，H2是合成氨的原料，CO2供合成尿素用．若从充分利用原料的角度考虑，选用___________(填序号)物质作原料较好．作出选择的依据是_____________________．
A．CO
B．石脑油(C5H12、C6H14)
C．CH4
D．焦炭
答案：B 因为石脑油和水生成的H2和CO2物质的量之比为3.2∶1，与合成氨、合成尿素中该比值最接近，原料利用最充分
13．为了防止铁生锈，可对铁制品表面进行“发蓝”处理：把铁制品浸入热的NaNO2、NaNO3、NaOH混合溶液中，使它的表面氧化生成一层致密的Fe3O4氧化膜(Fe3O4可以看作Fe2O3和FeO的复合氧化物)．所发生的反应可表示如下：
①3Fe＋NaNO2＋5NaOH＝3Na2FeO2＋NH3＋H2O
③Na2FeO2＋Na2Fe2O4＋2H2OFe3O4＋4NaOH
(1)请配平反应②的化学方程式，将结果填入题②中方框内；
(2)Na2FeO2称亚铁酸钠，Na2Fe2O4的名称是___________；
(3)若上述热的混合溶液中NaOH的含量太少，则氧化膜的厚度就太薄，其原因可能是___________，若NaOH的含量太多，则氧化膜的厚度也太薄，其原因可能是_____________．
答案：(1)8 3 5 2H2O 4 3
(2)铁酸钠
(3)NaOH含量少，使反应①生成的Na2FeO2和反应②生成的Na2Fe2O4的质量都少，致使反应③生成的Fe3O4的质量也少；NaOH含量太多，使反应③的化学平衡向逆反应方向移动，使生成的Fe3O4的质量减少
14．反应CaCO3CaO＋CO2(正反应吸热)，在不同温度下在密闭容器中达平衡时的压强如下表：
温度/℃ 550 650 750 850 897
压强/Pa 5.32×101 9.17×102 8.37×103 4.94×104 1.10×105
请按要求填空：
(1)若升高CaCO3分解平衡体系的温度，同时缩小反应容器体积，则原平衡___________(填代号)．
A．向左移动
B．向右移动
C．不移动
D．无法确定
(2)在一个与外界不能进行热交换的密闭容器中，足量的CaCO3在850℃时建立了分解平衡，若将该容器的容积扩大为原来的2倍，当重新达到平衡时，容器内的温度将_________(填“升高”“降低”“不变”“无法确定”)，平衡时容器内的压强将___________(填“大于”“等于”“小于”“无法确定”)4.94×104 Pa，理由是_____________________________．
答案：(1)D (2)降低 小于 体积增大，压强减小，平衡右移，根据勒夏特列原理，重新达到平衡时，压强减小，同时由于反应吸热，温度降低，重新达到平衡时，CO2的压强小于850℃时的压强
15．以体积比为1∶3的氮氢混合气体，通入密闭容器中，在一定条件下发生反应，达到化学平衡时，混合气体中N2的体积分数是a％(a＜25)，求：
(1)混合气中NH3的体积分数是多少？
(2)容器里的压强为反应前的多少倍？
解析：由N2＋3H22NH3可知，反应的N2和H2体积比为1∶3，又由于二者开始的体积比也为1∶3，所以，平衡时二者的体积仍为1∶3．
(1)平衡时NH3的体积分数为：1－3a％－a％＝1－4a％．
(2)设反应达平衡后，混合气体共有100 mol，则氨为(100－4a) mol．又氨的物质的量等于反应减少的物质的量．所以，反应前气体共有：(200－4a) mol．根据压强比等于物质的量之比可求得平衡时压强是反应前的100∶(200－4a)倍．
答案：(1)1－4a％ (2)100∶(200－4a)
教学内容：合成氨条件的选择
【思考导学】
1．合成氨反应有何特点？
答案：NH3的合成是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应．
2．根据外界条件对化学反应速率的影响，说明要使合成氨的化学反应速率增大，应该采取哪些方法？
答案：升高温度、增大压强以及使用催化剂等．
3．合成氨反应为：N2＋3H22NH3，但实际生产中，原料气中N2与H2的体积比通常采用大于1∶3的比例，为什么 并且还要将生成的氨从氨分离器中及时分离出来，为什么
答案：增大N2的浓度，可以提高H2的转化率，从而降低成本．减少生成物的浓度，可以使化学平衡向生成物方向移动，提高反应物的利用率．
4．合成氨的正反应是气体体积缩小的反应，为什么工业合成氨不采用尽可能高的压强，而通常采用2×107Pa～5×107Pa的压强
答案：压强越大，需要的动力就越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高．
【自学导引】
一、合成氨的化学反应特点
1．典型的可逆反应．
2．正反应是放热反应．
3．正反应方向是气体体积缩小的反应．
二、合成氨适宜条件的选择
在实际生产中，需要综合考虑反应速率、化学平衡、原料选择、产量和设备等各方面情况，以确定最佳生产条件．
合成氨的反应原理为：N2＋3H22NH3(正反应为放热反应)，这是一个气体总体积缩小的、放热的可逆反应．
1．首先考虑的是提高氨的生成速率．根据影响反应速率的条件应采取的措施为：①增加反应物的浓度；②升高温度；③加大压强；④使用催化剂．
2．再考虑反应物的转化率．根据影响化学平衡的因素应采取的措施为：①增大反应物的浓度；②降低温度；③增大压强；④减少生成的氨的浓度．
3．综合以上两种措施，在增大反应物浓度和增大压强上是一致的，但压强太大对设备的要求较为苛刻，故要选择适当的压强．催化剂虽然对化学平衡的移动无影响，但可缩短达到化学平衡所用的时间，所以在工业生产中一般都使用催化剂．只有在温度上，既要考虑适当提高温度以有利于提高反应速率，又要考虑适当控制温度以有利于提高平衡时氨的浓度，还要兼顾考虑催化剂的活性温度范围．所以，工业合成氨采取的条件是：①增大氮气、氢气浓度，及时将生成的氨分离出来．②温度为500℃左右．③压强为2×107 Pa～5×107 Pa．④铁触媒作催化剂．
三、合成氨工业
合成氨工业的简要流程可用方框图表示为：
(1)原料气的制取
N2：将空气液化、蒸发分离出N2或者将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2．
H2：用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然气等)在高温下制取．用煤和水制H2的主要反应为：
(2)制得的N2、H2需净化、除杂质，再用压缩机压缩至高压．
(3)氨的合成：在适宜的条件下，在合成塔中进行．
(4)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将没有完全反应的N2和H2循环送入合成塔，使其充分被利用．
四、化学模拟生物固氮
将空气中游离子的N2分子转化为含氮化合物的反应叫“固氮反应”．主要的固氮反应有：
1．生物固氮：是一种主要的自然固氮反应．如植物在根瘤菌作用下直接吸收空气中的N2转化为氨等，进一步合成蛋白质．
2．自然固氮：如闪电产生的巨大电压，其电火花足可以击破氮分子的叁键，促使其与氧气反应生成NO，进而生成NO2和HNO3等．
3．化学固氮：合成氨反应，在放电条件下使氮气与氧气反应生成NO等．
4．人工模拟生物固氮：通过化学方法，制备出类似生物“固氮菌”的物质，使空气中的氮气在常温常压下与水及二氧化碳等反应，转化为硝态氮或铵态氮．进而实现人工合成大量的蛋白质等，最终实现工厂化生产蛋白质食品．
【热点透视】
有关化学平衡的基本计算及规律
1．可逆反应到达平衡过程中物质浓度的变化关系．
(1)反应物：平衡浓度＝起始浓度－转化浓度
(2)生成物：平衡浓度＝起始浓度＋转化浓度
(3)各物质的转化浓度之比等于它们在化学方程式中物质的化学计量数之比
2．反应物的转化率．
4．反应物的转化率与浓度变化的关系
(1)对于多种物质参加的反应的情况分析，如某反应可写为A(g)＋3B(g) 2C(g)＋D(g)，增大A的浓度，B的转化率一定增大，而A的转化率一般是减小．
(2)对于分解反应来说．要视反应前后物质的计量数而定．如对2HI(g) H2(g)＋I2(g)，不论如何改变HI的浓度，HI的转化率都不变，而对2NH3N2＋3H2，增加氨气的浓度时，氨气的转化率减小．
5．化学平衡计算中对气体定律的运用
(1)当T、V恒定时，气体压强之比等于气体物质的量之比．即：，运用此公式可求在温度体积不变时，平衡前后压强的变化．
(2)当T、p恒定时，气体体积之比等于气体的物质的量之比．即：，运用此公式可求平衡前后体积变化．
(3)当T、p恒定时，气体密度之比(即相对密度)等于气体物质的相对分子质量之比．即，运用此公式可求平衡前后气体的密度或相对密度或平均相对分子质量．
【典例剖析】
［例1］有平衡体系：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)(正反应为放热反应)，为了增加甲醇的产量，提高生产效益，应采取的正确措施是( )
A．高温、高压
B．适宜的温度、高压、催化剂
C．低温、低压
D．高温、高压、催化剂
解析：首先分析反应特点，正反应为放热、缩体反应．
再分析题目要求，为了增加甲醇的产量，即生成甲醇的反应速率要大，且甲醇的平衡浓度也尽可能大．
最后，根据理论和实际相结合作出判断：
反应速率分析 化学平衡分析 综合选择
温度 高温 低温 适宜温度
压强 高压 高压 高压
催化剂 使用催化剂 无影响 使用催化剂
答案：B
［例2］下列事实不能用勒夏特列原理解释的是( )
A．给硫化氢水溶液中加碱有利于S2－的生成
B．加入催化剂有利于氨的氧化反应
C．高压有利于合成氨反应
D．500℃左右比室温更利于合成氨的反应
解析：硫化氢水溶液中有下列平衡：H2SHS－＋H＋，HS－H＋＋S2－，加碱后OH－会中和H＋，上述平衡会向正反应方向移动，使S2－增多，A不合题意；加入催化剂可加快反应速率，但不改变平衡状态，不符合勒夏特列原理，应选B．C符合勒夏特列原理，500℃时催化剂活性最大，D与勒夏特列原理无关．
答案：BD
［例3］在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成(正反应为放热反应)，试回答下列问题：
(1)在生产中常用过量空气的原因是什么
(2)实际生产的控制温度为400℃～500℃，为什么
(3)增大压强对上述反应有什么影响 但工业生产上却采用常压，为什么
解析：此题是理论联系实际的题目，重点考查学生运用知识分析问题的能力．
答案：(1)使用过量空气则O2过量，可以提高二氧化硫的利用率，从而降低成本．
(2)因生成SO3的反应是放热的，降低温度有利于提高SO3的平衡浓度；但温度太低，反应速率慢，单位时间内产量低，不经济，并且在400℃～500℃时，催化剂的活性最大，故实际生产中控制在400℃～500℃．
(3)生成SO3的反应为气体总体积缩小的反应，增大压强，有利于提高SO3的平衡浓度，但在常温时SO3的平衡浓度已经较大，而增大压强既需要动力又需要增大材料的强度，不经济，故生成SO3的反应在常压下进行．
［例4］合成氨工厂常通过测定反应前后混合气体的密度来确定氮的转化率．某工厂测得合成塔中N2、H2混合气体的密度为0.5536 g·L－1(标准状况)，从合成塔中出来的混合气体在相同条件下密度为0.693 g·L－1．求该合成氨厂N2的转化率．
解析：设N2、H2起始时总物质的量为1 mol，N2为x mol，H2为(1－x) mol，依题意有
28x＋2(1－x)＝0.5536×22.4
解得 x＝0.4 故H2为0.6 mol．
又设0.4 mol N2有y mol发生了反应，则H2有3y mol发生反应．
N2 ＋3H2 2NH3
起始 0.4 0.6 0
平衡0.4－y 0.6－3y 2y
n(总)＝0.4－y＋0.6－3y＋2y＝1－2y(mol)．
反应前后，气体总质量为一定值，则有关系式：
1×22.4×0.5536＝(1－2y)×22.4×0.693，
解得 y＝0.1．
所以，N2的转化率＝×100％＝25％．
答案：N2的转化率为25％．
【素能培养】
(一)巩固类
1．从化学反应速率和化学平衡两方面考虑，合成氨应采用的条件是( )
A．低温、高压、催化剂
B．低温、低压、催化剂
C．高温、高压、催化剂
D．适当温度、高压、催化剂
解析：合成氨的反应是放热、缩体．因此，合成氨应采用的条件是适当温度、高压、催化剂．
答案：D
2．在合成氨时，可以提高H2转化率的措施是( )
A．延长反应时间
B．充入过量H2
C．充入过量N2
D．升高温度
解析：充入过量N2，可提高H2的转化率．
答案：C
3．工业合成氨除了用高压和催化剂外，还选用适当的高温(500℃)，其理由是( )
A．提高NH3的产率
B．提高N2的转化率
C．500℃时反应速率最快
D．保证适当的反应速度和让催化剂发挥最好效用
一方面是从反应速率考虑，另一方面是考虑催化剂的活性温度．
答案：D
4．工业上用氢气和氮气合成氨，氢气的主要来源是( )
A．水和燃料
B．电解水
C．锌和稀H2SO4
D．液化空气
解析：工业上合成氨所用H2主要来源于水和燃料．
答案：A
5．有关催化剂的性质作用的说法中，正确的是( )
A．合成氨反应若不使用催化剂，该反应就不能进行
B．反应前后催化剂的质量不改变，但化学性质要改变
C．催化剂能缩短到达平衡所用的时间，但催化剂损耗量较大
D．催化剂可以同样倍数改变正、逆反应速率
解析：反应前后催化剂的质量和性质都没有改变．但是，催化剂可同样倍数改变正、逆反应速率．
答案：D
6．合成氨中使用铁触媒的作用是( )
A．降低反应温度
B．提高氨气的纯度
C．加快氢气和氮气的反应速率
D．提高平衡时氨的浓度
解析：合成氨中使用铁触媒的目的是加快反应速率．
答案：C
7．有关合成氨工业的说法，正确的是( )
A．从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15％，所以生产氨的工厂的效率都很低
B．由于氨易液化，N2、H2是循环使用，所以总体来说氨的产率很高
C．合成氨工业的反应温度控制在500℃左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动
D．合成氨厂采用的压强是2×107 Pa～5×107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最大
解析：虽然合成氨反应中N2、H2的转化率较低，但是，由于氨易液化，及时将氨液化分离，N2、H2循环使用，总体来说氨的产率还是很高的．
答案：B
8．合成氨所需的氢气可由煤与水反应制得，其中CO＋H2O(g) CO2＋H2(正反应放热)，欲提高CO转化率可采用的方法是( )
①降低温度②增大压强③使用催化剂④增大CO的浓度⑤增大水蒸气浓度
A．①②③
B．④⑤
C．①⑤
D．⑤
解析：降低温度、增大水蒸气浓度，平衡CO＋H2O(g) CO2＋H2(正反应放热)向右移动，CO的转化率增大．
答案：C
9．合成氨反应，在一定条件下于密闭容器中加入x mol N2,y mol H2，达到平衡时，生成z mol NH3，则N2的转化率为( )
A．％
B．％
C．％
D．％
解析：生成z mol NH3，需要 z mol N2，所以，N2的转化率为：×100％＝％．
答案：D
10．一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中NH3的体积占25％，若反应前后条件保持不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是( )
A．
B．
C．
D．
解析：设平衡混合气中NH3为25 mol，则总体积为100 mol，由反应方程式可求得反应前为125 mol．所以，反应后缩小的体积与原反应物体积比为＝．
答案：D
11．用N2、H2为原料合成氨，从第一次实验室研制到工业化生产经历了一百多年，由于_______________等理论的发展和_____________等工业技术的改善才得以实现工业化生产．
目前，人们正在研究使合成氨反应在较低温度下进行的___________，以及研究化学模拟_____________________等，以进一步提高合成氨的生产能力．
答案：化学反应速率、化学平衡、催化剂 高温、高压 催化剂 生物固氮
12．目前合成氨生产中，合成塔材料由___________制成，铁触媒装在合成塔的___________位置，N2、H2混合气进入铁触媒室前的温度约为______，从铁触媒室逸出的气体温度比进入铁触媒室时________(填“高”或“低”)，这是因为______________________．
答案：钢板 中间 500℃ 高 N2与H2的反应是放热反应
13．在合成氨反应中，入口气体中N2、H2、NH3体积比为6∶18∶1，出口气体中N2、H2、NH3体积比为9∶27∶8，则H2的转化率为___________．
解析：设入口气体中N2、H2、NH3的物质的量分别为6 mol、18 mol和1 mol．反应的H2为x mol，生成NH3为x mol．
则
解得x＝4.5
H2的转化率为：×100％＝25％．
答案：25％
14．已知2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)为放热反应，其实验数据如下：
(1)应选用的温度是_______________，其理由是_______________________________．
(2)应选用的压强是_______________，其理由是_______________________________．
答案：(1)450℃ 温度低，SO2的转化率高
(2)10 MPa 在10 MPa时，SO2的转化率已很高，加压转化率提高不大．选择常压可节省动力，简化设备
15．在一定条件下，将N2和H2混合气体100 mL通入密闭的容器内，达到平衡时，容器内的压强比反应前减小，又测得此时混合气体的平均相对分子质量为9，试求：
(1)原混合气中N2、H2各多少毫升
(2)H2的转化率是多少
解析：设原100 mL混合气体中含H2体积为x，则含N2为(100 mL－x)
再设反应的H2为3y，则：
据题意：，即
解得：y＝10 mL
又：＝9
即：＝9
解得：x＝80 mL．
答案：(1)V(N2)＝20 mL；V(H2)＝80 mL． (2)α(H2)＝37.5％．
(二)提升类
1．以焦炭为主要原料合成氨，为了使通入合成塔的N2与H2保持1∶3的体积比，则焦炭(不计燃烧中的损耗)与空气的物质的量之比约为( )
A．1∶3
B．3∶2
C．6∶5
D．4∶3
解析：工业合成氨的原料气(H2)一般是利用焦炭与水蒸气反应制取的．C＋H2O＝CO＋H2，CO＋H2O＝CO2＋H2，焦炭与H2的关系式为：C——2H2．由N2——3H2可得3C——2N2，因此，焦炭与空气的物质的量之比约为6∶5．
答案：C
2．水煤气的转化反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)(正反应为放热反应)，下列叙述正确的是( )
A．一定条件下，混合气体的平均相对分子质量不再改变，表明已达到平衡状态
B．一定条件下，H2O的生成速率与CO的生成速率相等，表明已达平衡状态
C．增大水蒸气的浓度可提高CO的转化率
D．增大CO的浓度可提高CO的转化率
解析：化学平衡中，增加一种反应物的浓度，可提高另一种反应物的浓度．因此，增大水蒸气的浓度可提高CO的转化率．
答案：C
3．能正确反映出N2＋3H22NH3(正反应放热)的关系的是( )
解析：由N2＋3H22NH3，合成氨反应为缩小体积，放热的可逆反应，故升高温度，平衡左移，N2的转化率降低，增大压强，平衡右移，N2的转化率升高．
答案：C
4．某温度下，下列反应：
S2Cl2(l)＋Cl2(g) 2SCl2(l)(正反应放热)
(橙黄色) (鲜红色)
在密闭容器中达到平衡(气、液共存)，下列说法错误的是( )
A．温度不变，增大容器的体积，S2Cl2的转化率降低
B．温度不变，缩小容器的体积，体积的颜色加深
C．压强不变，升高温度，液体的颜色变浅
D．体积不变，降低温度，氯气的转化率降低
解析：A．T不变，V增大，p减小，平衡左移，则S2Cl2的转化率降低．
B．T不变，V减小，p增大，平衡右移，c(SCl2)增大，颜色加深．
C．p不变，T升高，平衡左移，c(SCl2)减小，颜色变浅．
D．V不变，T降低，平衡右移，Cl2的转化率升高．
答案：D
5．一定温度下，往某密闭容器中充入氨气，使之发生如下反应：2NH3N2＋3H2，反应开始后，容器中气体平均摩尔质量()与反应时间的关系图中(如图2—21)正确的是( )
图2—21
解析：因只充入NH3，所以反应只能向NH3分解方向进行，则气体的总物质的量将增多，而气体的平均摩尔质量则减小，最终达到平衡状态．
答案：B
6．在密闭容器中进行合成氨反应，N2＋3H22NH3达平衡后，当其他条件不变时，将平衡体系中各物质的浓度都增加到原来的2倍，下列叙述不正确的是( )
A．平衡向正反应方向移动
B．达新平衡时，c(N2)较原平衡较大
C．达新平衡时正、逆反应速率均比原平衡大
D．达新平衡时，混合气体的密度变小
解析：相当于在原平衡的基础上，将容器容积缩小一倍，则压强增大，平衡向右移动，A正确，B虽然平衡向右移动，使n(N2)减小，但容器容积减小为主，故c(N2)增大．C项由于N2、H2、NH3的浓度均增大，所以反应速率均比原平衡时大．D项由于混合气体的质量没变，但容积减小，故混合气体的密度应增大．
答案：D
7．某容器中加入N2和H2，在定条件下，N2＋3H22NH3达到平衡时，N2、H2、NH3的浓度分别是3 mol/L、4 mol/L、4 mol/L．则反应开始时H2的浓度是( )
A．5 mol/L
B．10 mol/L
C．8 mol/L
D．6.7 mol/L
解析：反应的H2为：×4 mol/L＝6 mol/L，则反应开始时H2的浓度是10 mol/L．
答案：B
8．在密闭容器中，通入5 mol H2和5 mol N2，在一定条件下反应达到平衡，测得平衡体系中有2 mol NH3，则此时容器中压强是反应前的( )
A．1.2倍
B．0.8倍
C．0.6倍
D．0.4倍
解析：由N2＋3H22NH3可知，生成NH3的物质的量与反应后减少的物质的量相等．所以，平衡时，混合气体共有8 mol．根据压强之比等于物质的量之比可得，平衡时容器中压强是反应前的0.8倍．
答案：B
9．在密闭容器中，对于反应2SO2＋O22SO3，SO2和O2起始时分别为20 mol和10 mol，达到平衡时，SO2的转化率为80％．若以SO3开始进行反应，在相同的条件下，欲使平衡时各成分的质量分数与前面的平衡时相同，则起始时SO3的物质的量及SO3的转化率为( )
A．10 mol和10％
B．20 mol和20％
C．20 mol和40％
D．30 mol和80％
解析： 2SO2 ＋ O2 2SO3
n(始)(mol): 20 10 0
n(变)(mol): 16 8 16
n(平)(mol): 4 2 16
若从SO3开始，则开始时SO3为20 mol
SO3的转化率为：×100％＝20％．
答案：B
10．在一密闭容器中，充入1 mol NH3，建立如下平衡：2NH3N2＋3H2．测得NH3的转化率为a％；在其他条件不变时，再充入1 mol NH3，待建立新平衡时，又测得NH3的转化率为b％．则a和b的正确关系是( )
A．a＞b
B．a＜b
C．a＝b
D．a≥b
解析：令1 mol NH3充入1 L容器中，达到平衡时，NH3的转化率为a％；在相同条件下，再将2 mol NH3充入2 L容器中，达平衡后，NH3的转化率仍为a％．若将2 L容器压缩成1 L，平衡向逆反应方向移动，NH3的转化率降低，因此a＞b．
答案：A
11．在吸有40 mL NO的针筒A中，用另一针筒B注入20 mL O2(如图2—22所示)．
图2—22
从针筒A能观察到的现象为_________．当恢复到原来的温度和压强后，针筒A中气体体积有何变化？_________(填A、B、C、D序号)
A．大于40 Ml
B．小于40 mL
C．等于40 mL
D．无法确定
其原因是_______________________________．
答案：无色气体变为红棕色 B 由2NO＋O2＝2NO2可知，40 mL NO与20 mL NO正好完全反应生成40 mL NO2，但是，又因为2NO2N2O4，使气体体积小于40 mL
12．工业上用氨和二氧化碳反应合成尿素：2NH3＋CO2＝CO(NH2)2＋H2O．已知下列物质在一定条件下均能与水反应产生H2和CO2，H2是合成氨的原料，CO2供合成尿素用．若从充分利用原料的角度考虑，选用___________(填序号)物质作原料较好．作出选择的依据是_____________________．
A．CO
B．石脑油(C5H12、C6H14)
C．CH4
D．焦炭
答案：B 因为石脑油和水生成的H2和CO2物质的量之比为3.2∶1，与合成氨、合成尿素中该比值最接近，原料利用最充分
13．为了防止铁生锈，可对铁制品表面进行“发蓝”处理：把铁制品浸入热的NaNO2、NaNO3、NaOH混合溶液中，使它的表面氧化生成一层致密的Fe3O4氧化膜(Fe3O4可以看作Fe2O3和FeO的复合氧化物)．所发生的反应可表示如下：
①3Fe＋NaNO2＋5NaOH＝3Na2FeO2＋NH3＋H2O
③Na2FeO2＋Na2Fe2O4＋2H2OFe3O4＋4NaOH
(1)请配平反应②的化学方程式，将结果填入题②中方框内；
(2)Na2FeO2称亚铁酸钠，Na2Fe2O4的名称是___________；
(3)若上述热的混合溶液中NaOH的含量太少，则氧化膜的厚度就太薄，其原因可能是___________，若NaOH的含量太多，则氧化膜的厚度也太薄，其原因可能是_____________．
答案：(1)8 3 5 2H2O 4 3
(2)铁酸钠
(3)NaOH含量少，使反应①生成的Na2FeO2和反应②生成的Na2Fe2O4的质量都少，致使反应③生成的Fe3O4的质量也少；NaOH含量太多，使反应③的化学平衡向逆反应方向移动，使生成的Fe3O4的质量减少
14．反应CaCO3CaO＋CO2(正反应吸热)，在不同温度下在密闭容器中达平衡时的压强如下表：
温度/℃ 550 650 750 850 897
压强/Pa 5.32×101 9.17×102 8.37×103 4.94×104 1.10×105
请按要求填空：
(1)若升高CaCO3分解平衡体系的温度，同时缩小反应容器体积，则原平衡___________(填代号)．
A．向左移动
B．向右移动
C．不移动
D．无法确定
(2)在一个与外界不能进行热交换的密闭容器中，足量的CaCO3在850℃时建立了分解平衡，若将该容器的容积扩大为原来的2倍，当重新达到平衡时，容器内的温度将_________(填“升高”“降低”“不变”“无法确定”)，平衡时容器内的压强将___________(填“大于”“等于”“小于”“无法确定”)4.94×104 Pa，理由是_____________________________．
答案：(1)D (2)降低 小于 体积增大，压强减小，平衡右移，根据勒夏特列原理，重新达到平衡时，压强减小，同时由于反应吸热，温度降低，重新达到平衡时，CO2的压强小于850℃时的压强
15．以体积比为1∶3的氮氢混合气体，通入密闭容器中，在一定条件下发生反应，达到化学平衡时，混合气体中N2的体积分数是a％(a＜25)，求：
(1)混合气中NH3的体积分数是多少？
(2)容器里的压强为反应前的多少倍？
解析：由N2＋3H22NH3可知，反应的N2和H2体积比为1∶3，又由于二者开始的体积比也为1∶3，所以，平衡时二者的体积仍为1∶3．
(1)平衡时NH3的体积分数为：1－3a％－a％＝1－4a％．
(2)设反应达平衡后，混合气体共有100 mol，则氨为(100－4a) mol．又氨的物质的量等于反应减少的物质的量．所以，反应前气体共有：(200－4a) mol．根据压强比等于物质的量之比可求得平衡时压强是反应前的100∶(200－4a)倍．
答案：(1)1－4a％ (2)100∶(200－4a)