Question

【題目】天然氣是一種重要的清潔能源和化工原料，其主要成分為甲烷。

I.(1)已知：一定條件下可被甲烷還原“納米級(jí)”的金屬鐵。其反應(yīng)為：

①此反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為______

②在容積均為VL的I、II、III三個(gè)相同密閉容器中加入足量，然后分別充入amol，三個(gè)容器的反應(yīng)溫度分別為、、且恒定不變，在其他條件相同的情況下，實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)均進(jìn)行到tmin時(shí)的體積分?jǐn)?shù)如圖1所示，此時(shí)I、II、III三個(gè)容器中一定處于化學(xué)平衡狀態(tài)的是______；上述反應(yīng)的______填“大于”或“小于”，該反應(yīng)在______填“高溫”、“低溫”或“任意溫度”下可自發(fā)進(jìn)行。

利用天然氣為原料的一種工業(yè)合成氨簡(jiǎn)式流程圖如圖2：

(1)步驟Ⅱ中制氫氣的原理如下：Ⅰ；

Ⅱ；

①對(duì)于反應(yīng)Ⅰ，在一定溫度下的恒容容器中，表示其已達(dá)到最大化學(xué)反應(yīng)限度的敘述正確的是______。

A.單位時(shí)間內(nèi)1mol消耗，同時(shí)有3mol生成；

B.、、CO的物質(zhì)的量濃度相等；

C.混合氣體的密度不再改變；

D.混合氣體的壓強(qiáng)不再改變。

②則反應(yīng)；______用含、的代數(shù)式表示。

(2)合成氨是人類科學(xué)技術(shù)上的一項(xiàng)重大突破，反應(yīng)原理為：在容積為10L的密閉容器中進(jìn)行，起始時(shí)充入、反應(yīng)在不同條件下進(jìn)行，反應(yīng)體系總壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化如圖3所示。

①實(shí)驗(yàn)a從開始至平衡時(shí)的反應(yīng)速率______；實(shí)驗(yàn)c中的平衡轉(zhuǎn)化率為______。

②與實(shí)驗(yàn)a相比，其他兩組改變的實(shí)驗(yàn)條件是：b______，c______。

③M點(diǎn)的逆反應(yīng)速率______N點(diǎn)的正反應(yīng)速率填“”、“”或“”；N點(diǎn)時(shí)再加入一定量，平衡后的體積分?jǐn)?shù)______填“增大”、“減小”或“不變”。

Answer 1

【答案】 Ⅲ 大于 高溫 D 使用催化劑 增大壓強(qiáng) 增大

【解析】

Ⅰ固相和氣相均存在的反應(yīng)，固相的濃度項(xiàng)不列入化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式；根據(jù)圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ圖象，百分含量隨溫度的變化解答；根據(jù)溫度對(duì)平衡的影響來(lái)判斷，升高溫度平衡正向移動(dòng)，的含量增大，據(jù)此判斷大小，再由焓變和熵變判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件；

Ⅱ在一定條件下，反應(yīng)I達(dá)到最大反應(yīng)限度時(shí)，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡，各組分濃度不再改變，體系壓強(qiáng)不再改變，正逆反應(yīng)速率相等，據(jù)此逐項(xiàng)分析；根據(jù)反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ推導(dǎo)所求反應(yīng)，由多重平衡規(guī)則計(jì)算該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)；

根據(jù)計(jì)算的消耗速率，根據(jù)轉(zhuǎn)化率計(jì)算的平衡轉(zhuǎn)化率；與實(shí)驗(yàn)a相比，實(shí)驗(yàn)b和實(shí)驗(yàn)a的平衡狀態(tài)一致，實(shí)驗(yàn)b比實(shí)驗(yàn)a提前到達(dá)化學(xué)平衡，實(shí)驗(yàn)c的壓強(qiáng)大于實(shí)驗(yàn)a的壓強(qiáng)；實(shí)驗(yàn)c的壓強(qiáng)大于實(shí)驗(yàn)a的壓強(qiáng)，增大壓強(qiáng)有利于增大化學(xué)反應(yīng)速率，N點(diǎn)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，再加入一定量，促使化學(xué)平衡正向移動(dòng)。

Ⅰ(1) ①固相和氣相均存在的反應(yīng)，固相的濃度項(xiàng)不列入化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為：；

故答案為：；

在容積均為VL的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)相同密閉容器中加入足量“納米級(jí)”的金屬鐵，然后分別充入，，根據(jù)圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ圖象，溫度逐漸升高，三個(gè)容器中的百分含量沒有呈整體上升的趨勢(shì)，則其中肯定有一個(gè)達(dá)到了平衡，溫度升高，反應(yīng)速率加快，可知先達(dá)到平衡的是容器III前兩個(gè)容器沒有達(dá)到平衡，且隨溫度升高，百分含量下降，可知升高溫度平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)的大于0，反應(yīng)氣體分子數(shù)增多，熵增，即，反應(yīng)放熱，，所以反應(yīng)在高溫下自發(fā)；

故答案為：Ⅲ；大于；高溫；

Ⅱ(1) ①單位時(shí)間內(nèi)1mol消耗，必然同時(shí)有3mol生成，說(shuō)明反應(yīng)正向進(jìn)行，并不能說(shuō)明反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到化學(xué)平衡，故A錯(cuò)誤；、、CO的物質(zhì)的量濃度關(guān)系取決于反應(yīng)物的充入量以及反應(yīng)進(jìn)行的程度，并不能通過三者物質(zhì)的量濃度相等說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡，故B錯(cuò)誤；混合氣體的密度為，反應(yīng)前后質(zhì)量守恒，m不變，反應(yīng)在恒容容器中進(jìn)行，V不變，則整個(gè)過程混合氣體密度不變，無(wú)法判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到化學(xué)平衡，故C錯(cuò)誤；反應(yīng)前后氣體分子數(shù)改變，體系壓強(qiáng)發(fā)生變化，可以通過壓強(qiáng)判斷化學(xué)反應(yīng)是否達(dá)到平衡，故D正確；

故答案為：D；

所求反應(yīng)可由ⅠⅡ得到，根據(jù)多重平衡規(guī)則，所求反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為；

故答案為：；

實(shí)驗(yàn)a中，起始時(shí)體系壓強(qiáng)為320kPa，平衡時(shí)體系壓強(qiáng)為240kPa，

起始 0

轉(zhuǎn)化 x3x 2x

平衡 2x

則有，可得，

所以實(shí)驗(yàn)a從開始至平衡時(shí)的反應(yīng)速率，

實(shí)驗(yàn)c中的平衡轉(zhuǎn)化率為；

故答案為：；；

與實(shí)驗(yàn)a相比，實(shí)驗(yàn)b和實(shí)驗(yàn)a的平衡狀態(tài)一致，實(shí)驗(yàn)b比實(shí)驗(yàn)a提前到達(dá)化學(xué)平衡，由此可判斷實(shí)驗(yàn)b改變的條件是使用催化劑，

實(shí)驗(yàn)c的壓強(qiáng)大于實(shí)驗(yàn)a的壓強(qiáng)，由此可判斷實(shí)驗(yàn)c改變的條件是增大壓強(qiáng)；

故答案為：使用催化劑；增大壓強(qiáng)；

實(shí)驗(yàn)c的壓強(qiáng)大于實(shí)驗(yàn)a的壓強(qiáng)，增大壓強(qiáng)有利于增大化學(xué)反應(yīng)速率，所以M點(diǎn)的逆反應(yīng)速率點(diǎn)的正反應(yīng)速率；N點(diǎn)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，再加入一定量，促使化學(xué)平衡正向移動(dòng)，則平衡后的體積分?jǐn)?shù)增大；

故答案為：；增大。