Question

【題目】Ⅰ、對N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0反應(yīng)，其他條件不變情況下，改變起始?xì)錃馕镔|(zhì)的量（用n(H2)表示），實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下如圖表示（圖中T表示溫度，n表示物質(zhì)的量）；

（1）比較在a、b、c三點(diǎn)所處的平衡狀態(tài)中，反應(yīng)物N2的轉(zhuǎn)化率最高的是______．

（2）若容器容積為1L，n=5mol，T2條件下反應(yīng)達(dá)到平衡時H2的轉(zhuǎn)化率為60%，則且H2與N2物質(zhì)的量之比為1:1，則在起始時體系中加入N2的物質(zhì)的量為______mol，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=______．

Ⅱ、煤制天然氣的工藝流程如圖所示：

（3）反應(yīng)Ⅰ：C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) ΔH=+135kJ/mol，

①通入的氧氣會與部分碳發(fā)生燃燒反應(yīng)。請利用能量轉(zhuǎn)化及配合移動原理說明通入氧氣的作用：_______。

②若反應(yīng)Ⅰ在體積不變的密閉容器中進(jìn)行，下列能說明反應(yīng)Ⅰ達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。

a.壓強(qiáng)不變 b.氣體密度不變 c.氣體平均摩爾質(zhì)量不變 d.氫氣濃度不變

（4）反應(yīng)Ⅱ：C0(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH=-41kJ/mol。如圖3表示不同溫度條件下，煤氣化反應(yīng)Ⅰ發(fā)生后的汽氣比（水蒸氣與CO物質(zhì)的量之比）與CO平衡轉(zhuǎn)化率的變化關(guān)系。

①判斷T1、T2和T3的大小關(guān)系：________。（從小到大的順序）

②若煤氣化反應(yīng)Ⅰ發(fā)生后的汽氣比為0.8，經(jīng)煤氣化反應(yīng)Ⅰ和水氣變換反應(yīng)Ⅱ后，得到CO與H2的物質(zhì)的量之比為1:3，則反應(yīng)Ⅱ應(yīng)選擇的溫度是_________（填“T1”或“T2”或“T3”）。

（5）實(shí)驗(yàn)室模擬甲烷化反應(yīng)：一定條件下，向體積為2L的恒容密閉容器中充入1.2molCH4(g)和4.8molCO2(g)，發(fā)生反應(yīng)CH4(g)+3CO2(g) 2H2O(g)+4CO(g) ΔH>0，實(shí)驗(yàn)測得，反應(yīng)吸收的能量和甲烷的體積分?jǐn)?shù)隨時間變化的曲線圖像如圖。計算該條件下，20s內(nèi)v(CH4)=______,此反應(yīng)的ΔH =_____。

Answer 1

【答案】 c 3mol K＝0.25 氧氣與碳發(fā)生燃燒反應(yīng)放熱，放出的熱被可逆反應(yīng)C(s) + H2O(g)CO(g)+H2(g)吸收利用，促進(jìn)反應(yīng)正向移動 abcd T1 < T2 < T3 T3 0.009mol（Ls）-1 +330 kJ/mol

【解析】本題考查化學(xué)平衡相關(guān)知識，包括轉(zhuǎn)化率、平衡標(biāo)志、平衡移動、速率計算、焓變的計算等。

Ⅰ、（1）起始時氫氣的物質(zhì)的量越多，則越有利于提高氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率，這說明反應(yīng)物N2的轉(zhuǎn)化率最高的應(yīng)該是c點(diǎn)；（2）H2的轉(zhuǎn)化率均為60%，則消耗氫氣是3.0mol、剩余2mol，所以根據(jù)方程式可知，消耗氮?dú)馐?mol、生成的氨氣2mol。又因?yàn)镠2與N2物質(zhì)的量之比為1:1，所以在起始時體系中加入N2為3mol，剩余氮?dú)鉃?mol，K==0.25；

Ⅱ、（3）①反應(yīng)I：C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) ΔH = +135 kJ·mol-1，是吸熱反應(yīng)，而碳與氧氣反應(yīng)放出熱量，使反應(yīng)C(s) + H2O(g) CO(g)+H2(g)，促進(jìn)正反應(yīng)方向移動，提高碳的利用率；

②若反應(yīng)Ⅰ在體積不變的密閉容器中進(jìn)行，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量改變，故壓強(qiáng)不變可以說明反應(yīng)Ⅰ達(dá)到平衡狀態(tài)，a項(xiàng)正確；體積不變，正反應(yīng)氣體質(zhì)量增加，氣體密度不變可以說明反應(yīng)Ⅰ達(dá)到平衡狀態(tài)，b項(xiàng)正確；該反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，氣體平均摩爾質(zhì)量減小，故氣體平均摩爾質(zhì)量不變可以說明反應(yīng)Ⅰ達(dá)到平衡狀態(tài)，c項(xiàng)正確；氫氣濃度不變可以說明反應(yīng)Ⅰ達(dá)到平衡狀態(tài)，d項(xiàng)正確；

（4）①“水氣轉(zhuǎn)換”反應(yīng)是放熱的，在相同的“汽氣比”前提下，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越低，固有：T1<T2< T3；②反應(yīng)I的汽氣比為0.8，可設(shè)水為1mol，則CO為0.8mol,生成的氫氣也是0.8mol，設(shè)反應(yīng)II轉(zhuǎn)化的CO為xmol,反應(yīng)后剩余的CO為（0.8-x）mol,氫氣共（0.8+x）mol,即（0.8-x）/（0.8+x）=1/3，x=0.4mol,所以，反應(yīng)II中CO的轉(zhuǎn)化率為50%，對照圖中數(shù)據(jù)，此時的溫度應(yīng)是T3；

（5） CH4(g) + 3CO2(g) 2H2O(g) + 4CO(g) ΔH>0

n(起始/mol) 1.2 4.8 0 0

n (變化/mol) x 3x 2x 4x

n (平衡/mol) 1.2-x 4.8-3x 2x 4x

反應(yīng)達(dá)到平衡后甲烷的體積分?jǐn)?shù)為,則有，x=0.36mol， ；CH4反應(yīng)0.36mol吸收熱量為118.8kJ，1mol甲烷完全反應(yīng)所吸收的熱量為330 kJ/mol，故此反應(yīng)的ΔH=+330 kJ/mol。